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扩散泵的发展历程

本文叙述了盖得的发明专利, 从初期的汞扩散泵到分馏油扩散泵的演变过程。讨论了泵体结构、喷咀型式、泵油性能和几个关键技术问题。现代油扩散泵的何氏系数达0.65 以上, 返油率达10- 5mg/cm2·min,1 kW 功率抽气量可达200 PaL/s 。最后对泵的性能、结构和应用前景作了展望。

  古人云:温故而知新。继承、创新才能发展。因而回顾扩散泵近一个世纪的发展过程, 对其改进和发展是有重要意义的。尊重历史沿革, 单位制没作统一, 请见谅。

  在低于10- 2 Torr 的压力区域, 对现代工业和科学研究是非常重要的。高真空在活性金属和难熔金属的熔化和精炼, 塑料的装饰镀膜等许多方面得到广泛的应用。为了获得所需要的高真空而且应用最广的抽气设备是扩散泵。扩散泵借助定向的高速蒸汽流抽气, 可获得10- 2~10- 11 Torr 或更低的压力。( 在10- 9 Torr 以下通常使用障板和冷阱) 。扩散泵是高真空和超高真空获得设备。扩散泵与低温泵联合工作, 可获得10- 14 Torr 的真空度。

盖得于1913 年9 月25 日, 在德国申请了一项专利。用水银蒸汽流来产生高真空的装置。他指出:高真空是通过扩散作用而得到的。因而, 这种泵就以扩散泵而闻名。据前苏联文献报道:1912 年俄罗斯学者巴洛维克在彼得堡物理研究所首先提出这种泵, 而且在1913 年俄罗斯学者巴甫洛夫, 用这种泵进行过气体分子碰撞方面的研究工作。对于谁先发明的扩散泵这类知识产权的问题, 我们不必深究, 因为已经过去快一个世纪了, 虽然在工作原理上没什么变化, 但和原来盖得泵相比结构上完全不同了。今天的现代扩散泵是经过几代人的不断研究, 改进和创新的成果。但我们不能忘记盖得对扩散泵所作的贡献。

  盖德型扩散泵是以水银作为工作介质, 以煤气加热产生水银蒸汽流来抽气的。。泵体及喷咀结构大部分由玻璃制成。这种泵抽速低, 水银蒸汽的温度要精确控制。

  1916 年I. Langmuir 发明了凝结泵, 它改进了盖德泵的缺点。

该泵喷咀所形成的蒸汽流方向与被抽气体分子扩散的方向是一致的。蒸汽被良好的冷凝在泵壁上, 提高了泵的抽速,对电加热功率波动不敏感无需精确控制温度。

近年来, 世界各国对扩散泵抽气性能和抽气理论, 结构和操作等方面的研究工作一直没有终断, 如意大利学者Toth 博士对扩散泵外型对抽速的影响, 利用动力学理论模型对直筒泵、凸腔泵进行了分析, 又如近年来韩国学者利用蒙特卡罗直接模拟法, 对扩散泵内的流场进行模拟计算和分析。人们对快速加热和局面速冷却扩散泵进行了研究提出锅炉快速冷却到150℃, 即可放入大气, 使功率大为降低。又如1987 年对扩散扩散泵喷咀的蒸汽密度和速度分布的计算。认为喷射为非粘滞的超音速喷射等。


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