Предельное остаточное давление, достижимое в вакуумной системе, зависит, с одной стороны, от потока натекающего газа, а с другой —от быстроты откачки. Поток натекающего газа может изменяться в очень широких пределах (на несколько порядков величины) и может быть значительно уменьшен путем тщательного выбора материалов и методов их обработки, тогда как быстрота откачки ограничена производительностью насоса.

Так, например, максимальная теоретическая быстрота откачки определяется потоком молекул газа во впускном отверстии насоса. Следовательно, предельное давление не может быть неограниченно уменьшено за счет увеличения размеров (объема камеры) насоса за его впускным отверстием. Для того чтобы уменьшить остаточное давление при неизменном потоке натекающего газа, необходимо увеличить проводимость впускного отверстия и быстроту откачки в той же пропорции.

Эффективная быстрота откачки меньше теоретической предельной и зависит от давления откачиваемого газа. На практике большинство насосов способно откачивать газ в ограниченном диапазоне давлений, а вне его быстрота откачки падает до нуля. Следовательно, при рассмотрении задачи откачивания газа из системы весьма важно правильно выбрать подходящий насос. При этом, поскольку не существует насосов, способных откачивать во всем диапазоне давлений — от атмосферного до сверхвысокого вакуума, —в действительности речь идет о выборе оптимальной комбинации нескольких насосов. Требуемая мощность (производительность) насоса определяется объемом вакуумной системы и размером впускного отверстия.

Вплоть до 1950-х гг. только диффузионные насосы (работающие совместно с механическими ротационными насосами, создающими форвакуум 1—10 Па позволяли получать вакуум лучше 10^-5 Па. Поскольку в те времена практически не требовались вакуумные системы с остаточным давлением ниже 10^-4 Па, повышению эффективности откачивающих систем и точности измерения вакуума уделялось мало внимания. Потребность в более высоком вакууме для исследования поверхностей твердых тел, имитации условий космоса, а также для изучения элементарных частиц и в других задачах привела в 1950—1960-х гг. к ускорению исследований и развитию вакуумной техники. В результате были не только усовершенствованы откачивающие системы типа диффузионный насос — ротационный насос, предельные давления для которых были доведены до сверхвысокого вакуума, но также был разработан ряд других насосов и откачивающих устройств.

Тщательное изучение различных физических явлений позволило разработать усложненные вакуумные насосы нового поколения, которые могут эффективно откачивать крупные системы до сверхвысокого вакуума. К этим насосам относятся ионные, сублимационные, адсорбционные и криогенные насосы. В этих насосах используется явление поглощения газа рабочим телом насоса по физическому или химическому механизму сорбции. Разработка широкого спектра насосов на основе различных принципов поглощения и откачивания газа связана не только с необходимостью охвата всех диапазонов вакуума, начиная с атмосферного давления и кончая сверхвысоким вакуумом, но и в связи с необходимостью откачивания любых газов.

Одним из современных насосов, находящих все большее применение, является турбомолекулярный насос, разработанный на основе молекулярного насоса, который был сконструирован в 1913 г. В дальнейшем этот насос был усовершенствован и теперь позволяет получать сверхвысокий вакуум вплоть до 10^-8Па при высоких скоростях откачки.

по материалам сайта vacuumpro.su