差分抽氣零碎的設(shè)計(jì)根據(jù)及真空零碎配置
分子束質(zhì)譜差分抽氣零碎設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思維重要有兩上面:
(1)盡可能縮小取樣內(nèi)中中氣體分子所遭逢的附加碰撞。
(2)最大限度地縮短從采樣孔到四極質(zhì)譜間的間隔,以普及對(duì)痕量物種的綜合銳敏度。如上節(jié)所述,被綜合氣體經(jīng)采樣孔、分流器及準(zhǔn)直孔進(jìn)入四極質(zhì)譜計(jì)。把采樣孔與分流器之間的真空全體稱為1區(qū)(比較于束源室),將分流器與準(zhǔn)直孔之間的海域稱為2區(qū)(比較于準(zhǔn)直室),準(zhǔn)直孔后四極質(zhì)譜綜合器和探測(cè)器所在的真空全體稱為3區(qū)(比較于檢測(cè)室)。為了盡可能縮小取樣孔處氣體分子間的碰撞,采樣微孔應(yīng)做出喇叭形,在取樣孔處的孔板薄厚應(yīng)盡可能小(≤100μm)。采樣微孔的直徑通常在50～500μm之間,在于于氣體反響室的壓力及1區(qū)真空泵的抽速。采樣孔與分流器之間的間距應(yīng)作適當(dāng)取舍,過(guò)近則導(dǎo)致水渦而在1區(qū)造成附加碰撞,過(guò)遠(yuǎn)則會(huì)升高分子束強(qiáng)度而招致綜合銳敏度升高。
在本設(shè)計(jì)中取分流器孔徑為1mm,采樣微孔至分流器間間隔為20mm。以N2為例,若室溫下分子熱靜止均勻自在程須大于20mm,則氣體壓力應(yīng)小于3×10-1Pa,取此值作為1區(qū)的作業(yè)壓力。為了普及整套安裝對(duì)微量組分的檢測(cè)銳敏度,務(wù)必使3區(qū)(檢測(cè)室)有盡可能低的極限作業(yè)壓力,但同聲又要兼顧取樣門路不至因選用大抽速真空泵(大尺寸)而過(guò)長(zhǎng)。渦輪分子泵存在抽速大、體積小、極限真空度低等長(zhǎng)處,故變成分子束質(zhì)譜安裝的首選泵型。
綜合思忖檢測(cè)真空度務(wù)求、泵抽速、口徑等成分后的三級(jí)差分抽氣零碎無(wú)關(guān)真空設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。其余參數(shù)條件:氣體反響室壓力為13300Pa;采樣微孔直徑為0.3mm;采樣微孔至分流器間距為20mm;分流器孔直徑為110mm;采樣微孔至四極質(zhì)譜引入孔間距為300mm。
表1 分子束質(zhì)譜三級(jí)差分抽氣零碎的極限及作業(yè)真空設(shè)計(jì)指標(biāo)
上面將按三個(gè)差分抽氣劃分別依上述要求探討渦輪分子泵的抽速選定及泵的配置。
一、1區(qū)(束源室)
試驗(yàn)氣體經(jīng)采樣微孔從氣體反響室(設(shè)計(jì)典型壓力值p0=13300Pa)進(jìn)入1區(qū),除極大批氣體經(jīng)分流器進(jìn)入2區(qū)外,絕大全體由本區(qū)的抽氣零碎抽走。按分子束氣體能源學(xué)實(shí)踐,經(jīng)過(guò)采樣微孔流入1區(qū)的氣體流量可用式(1)劃算。
式中U是采樣微孔處Mach數(shù)M=1時(shí)的氣體光速;n是M=1時(shí)的氣體密度;A可相近取采樣微孔的截面積;a0,n0別離是氣源(氣體反響室)的音速和氣體密度,氣源音速a0=(γkT0m)1/2;γ=Cp/Cv是氣體克分子熱容比。
取N2作為試驗(yàn)氣體,則γ=7/5,m=28。取氣源熱度T0=300K,采樣微孔直徑d0=0.3mm,劃算得F1=416×1019molecules/s或190Pa·L/s。以1區(qū)設(shè)計(jì)作業(yè)壓力3×10-1Pa作為1劃分子泵進(jìn)口壓力,則1區(qū)配置抽速650L/s即可,但思忖渦輪分子泵在較高作業(yè)壓力下理論抽速可能上升及為進(jìn)一步普及氣體反響室作業(yè)壓力留無(wú)余地,選用眼前國(guó)產(chǎn)最大抽速的1500L/s渦輪分子泵(FB1500型,北京迷信儀器研制核心打造)作為1區(qū)用真空泵,其前級(jí)采納30L/s抽速的電泵(2X230型,上海真空泵廠打造)。
羅茨水環(huán)真空機(jī)組、羅茨旋片真空機(jī)組
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