Վակուումը տարածություն է, որտեղ նյութ չկա: Կիրառական ֆիզիկայի և տեխնիկայի մեջ դա նշանակում է միջավայր, որտեղ գազը պարունակվում է մթնոլորտային ճնշումից ցածր ճնշման տակ։ Որո՞նք էին հազվագյուտ գազեր, երբ դրանք առաջին անգամ հայտնաբերվեցին:
Պատմության էջեր
Դատարկության գաղափարը դարեր շարունակ վեճի առարկա է եղել: Հազվագյուտ գազերը փորձել են վերլուծել հին հույն և հռոմեական փիլիսոփաներին: Դեմոկրիտը, Լուկրեցիոսը, նրանց աշակերտները հավատում էին, որ եթե ատոմների միջև ազատ տարածություն չլիներ, նրանց շարժումն անհնար կլիներ։
Արիստոտելը և նրա հետևորդները հերքեցին այս հասկացությունը, նրանց կարծիքով բնության մեջ «դատարկություն» չպետք է լինի։ Միջնադարում Եվրոպայում «դատարկության վախի» գաղափարը դարձավ առաջնահերթություն, այն օգտագործվում էր կրոնական նպատակներով։
Հին Հունաստանի մեխանիկան, երբ ստեղծում էր տեխնիկական սարքեր, հիմնված էր օդի հազվադեպության վրա: Օրինակ՝ ջրի պոմպերը, որոնք գործում էին, երբ մխոցից վերև վակուում էր ստեղծվում, հայտնվեցին Արիստոտելի ժամանակ։
Գազի հազվագյուտ վիճակը՝ օդը, հիմք է դարձել մխոցային վակուումային պոմպերի արտադրության համար, որոնք ներկայումս լայնորեն կիրառվում են տեխնոլոգիայում։
Նրանց նախատիպը Հերոն Ալեքսանդրիայի հայտնի մխոցային ներարկիչն էր, որը ստեղծվել էր նրա կողմից։թարախ հանել։
Տասնյոթերորդ դարի կեսերին ստեղծվեց առաջին վակուումային խցիկը, իսկ վեց տարի անց գերմանացի գիտնական Օտտո ֆոն Գերիկին հաջողվեց հայտնագործել առաջին վակուումային պոմպը։
Այս մխոցային մխոցը հեշտությամբ դուրս էր մղում օդը փակ կոնտեյներից՝ այնտեղ ստեղծելով վակուում: Սա հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել նոր պետության հիմնական բնութագրերը, վերլուծել նրա գործառնական հատկությունները։
Տեխնիկական վակուում
Գործնականում գազի հազվադեպ վիճակը՝ օդը կոչվում է տեխնիկական վակուում։ Մեծ ծավալներով անհնար է նման իդեալական վիճակ ստանալ, քանի որ որոշակի ջերմաստիճանում նյութերն ունեն ոչ զրոյական հագեցած գոլորշիների խտություն։
Իդեալական վակուում ստանալու անհնարինության պատճառը նաև գազային նյութերի փոխանցումն է անոթների ապակու, մետաղական պատերի միջով։
Քիչ քանակությամբ միանգամայն հնարավոր է հազվագյուտ գազեր ստանալ։ Որպես հազվադեպության չափման միջոց, օգտագործվում է պատահականորեն բախվող գազի մոլեկուլների ազատ ուղին, ինչպես նաև օգտագործվող նավի գծային չափը:
Տեխնիկական վակուումը կարելի է համարել գազ խողովակաշարում կամ նավի մեջ, որի ճնշման արժեքն ավելի փոքր է, քան մթնոլորտում: Ցածր վակուում է առաջանում, երբ գազի ատոմները կամ մոլեկուլները դադարում են բախվել միմյանց հետ։
Առաջնային վակուում տեղադրվում է բարձր վակուումային պոմպի և մթնոլորտային օդի միջև, որը ստեղծում է նախնական վակուում: Ճնշման պալատի հետագա նվազման դեպքում նկատվում է գազային մասնիկների ճանապարհի երկարության աճ։նյութեր.
Երբ ճնշումը 10 -9 Պա է, ստեղծվում է գերբարձր վակուում: Հենց այս հազվագյուտ գազերն են օգտագործվում սկանավորող թունելային մանրադիտակի միջոցով փորձեր անցկացնելու համար:
Հնարավոր է նման վիճակ ստանալ որոշ բյուրեղների ծակոտիներում նույնիսկ մթնոլորտային ճնշման դեպքում, քանի որ ծակոտիների տրամագիծը շատ ավելի փոքր է, քան ազատ մասնիկի ազատ ուղին։
Վակուումային հիմքով սարքեր
Գազի հազվագյուտ վիճակը ակտիվորեն օգտագործվում է վակուումային պոմպեր կոչվող սարքերում: Ստացողներն օգտագործվում են գազերը ներծծելու և որոշակի աստիճանի վակուում ստանալու համար։ Վակուումային տեխնոլոգիան ներառում է նաև բազմաթիվ սարքեր, որոնք անհրաժեշտ են այս վիճակը վերահսկելու և չափելու, ինչպես նաև օբյեկտները կառավարելու, տարբեր տեխնոլոգիական գործընթացներ իրականացնելու համար: Ամենաբարդ տեխնիկական սարքերը, որոնք օգտագործում են հազվագյուտ գազեր, բարձր վակուումային պոմպերն են: Օրինակ, դիֆուզիոն սարքերը գործում են գազի մնացորդային մոլեկուլների շարժման հիման վրա աշխատող գազի հոսքի ազդեցության տակ: Նույնիսկ իդեալական վակուումի դեպքում, վերջնական ջերմաստիճանը հասնելու դեպքում քիչ ջերմային ճառագայթում կա: Սա բացատրում է հազվագյուտ գազերի հիմնական հատկությունները, օրինակ՝ մարմնի և վակուումային խցիկի պատերի միջև որոշակի ժամանակային ընդմիջումից հետո ջերմային հավասարակշռության սկիզբը։
Հազվագյուտ միատոմ գազը հիանալի ջերմամեկուսիչ է: Դրանում ջերմային էներգիայի փոխանցումն իրականացվում է միայն ճառագայթման օգնությամբ, ջերմահաղորդականությունը և կոնվեկցիան չենդիտարկվում են. Այս հատկությունը օգտագործվում է Dewar անոթներում (թերմոսներ), որոնք բաղկացած են երկու տարաներից, որոնց միջև կա վակուում։
Վակումը լայն կիրառություն է գտել ռադիոխողովակներում, օրինակ՝ կինեսկոպների մագնետրոններում, միկրոալիքային վառարաններում։
Ֆիզիկական վակուում
Քվանտային ֆիզիկայում նման վիճակը նշանակում է քվանտային դաշտի հիմնական (ամենացածր) էներգիայի վիճակը, որը բնութագրվում է քվանտային թվերի զրոյական արժեքներով:
Այս վիճակում միատոմ գազն ամբողջությամբ դատարկ չէ: Համաձայն քվանտային տեսության՝ վիրտուալ մասնիկները համակարգված կերպով հայտնվում և անհետանում են ֆիզիկական վակուումում, որն առաջացնում է դաշտերի զրոյական տատանումներ։
Տեսականորեն մի քանի տարբեր վակուումներ կարող են գոյություն ունենալ միաժամանակ, որոնք տարբերվում են էներգիայի խտությամբ, ինչպես նաև այլ ֆիզիկական բնութագրերով: Այս գաղափարը հիմք դարձավ գնաճային մեծ պայթյունի տեսության համար:
Կեղծ վակուում
Նշանակում է դաշտի վիճակը քվանտային տեսության մեջ, որը նվազագույն էներգիա ունեցող վիճակ չէ։ Այն կայուն է որոշակի ժամանակահատվածում: Հնարավորություն կա կեղծ վիճակի «թունելի» վերածել իրական վակուումի, երբ հասնում են հիմնական ֆիզիկական մեծությունների պահանջվող արժեքներին:
Տիեզերք
Երբ քննարկում ենք, թե ինչ է նշանակում հազվագյուտ գազ, անհրաժեշտ է կանգ առնել «տիեզերական վակուում» հասկացության վրա։ Այն կարելի է համարել ֆիզիկական վակուումին մոտ, բայց գոյություն ունեցող միջաստղայինումտարածություն. Մոլորակները, նրանց բնական արբանյակները, շատ աստղեր ունեն որոշակի գրավիչ ուժեր, որոնք մթնոլորտը պահում են որոշակի հեռավորության վրա: Երբ հեռանում եք աստղային օբյեկտի մակերևույթից, հազվագյուտ գազի խտությունը փոխվում է։
Օրինակ, կա Կարմանի գիծը, որը համարվում է ընդհանուր սահմանում մոլորակի սահմանի արտաքին տարածության հետ: Դրա հետևում իզոտրոպ գազի ճնշման արժեքը կտրուկ նվազում է արեգակնային ճառագայթման և արևային քամու դինամիկ ճնշման համեմատությամբ, ուստի դժվար է մեկնաբանել հազվագյուտ գազի ճնշումը։
Տիեզերքը լի է ֆոտոններով, մասունքային նեյտրինոներով, որոնք դժվար է հայտնաբերել:
Չափման առանձնահատկություններ
Վակուումի աստիճանը սովորաբար որոշվում է համակարգում մնացած նյութի քանակով: Այս վիճակի չափման հիմնական բնութագիրը բացարձակ ճնշումն է, բացի այդ, հաշվի են առնվում գազի քիմիական բաղադրությունը և ջերմաստիճանը։
Վակուումի կարևոր պարամետրը համակարգում մնացած գազերի ուղու երկարության միջին արժեքն է: Գոյություն ունի վակուումի բաժանում որոշակի միջակայքերի՝ համաձայն չափումների համար անհրաժեշտ տեխնոլոգիայի՝ կեղծ, տեխնիկական, ֆիզիկական:
Վակուումային ձևավորում
Սա արտադրանքի արտադրություն է ժամանակակից ջերմապլաստիկ նյութերից տաք տեսքով՝ օգտագործելով ցածր օդային ճնշում կամ վակուումային գործողություն:
Վակուումային ձևավորումը համարվում է նկարչական մեթոդ, որի արդյունքում տաքացվում է թիթեղային պլաստիկը,գտնվում է մատրիցից բարձր՝ մինչև որոշակի ջերմաստիճանի արժեք։ Այնուհետև թերթիկը կրկնում է մատրիցայի ձևը, ինչը պայմանավորված է դրա և պլաստիկի միջև վակուումի ստեղծմամբ:
Էլեկտրվակուումային սարքեր
Սրանք սարքեր են, որոնք նախատեսված են էլեկտրամագնիսական էներգիա ստեղծելու, ուժեղացնելու և փոխակերպելու համար: Նման սարքում օդը հեռացվում է աշխատանքային տարածքից, իսկ շրջակա միջավայրից պաշտպանվելու համար օգտագործվում է անթափանց պատյան։ Նման սարքերի օրինակներ են էլեկտրոնային վակուումային սարքերը, որտեղ էլեկտրոնները տեղավորվում են վակուումում: Շիկացման լամպերը կարելի է համարել նաև վակուումային սարքեր։
Գազեր ցածր ճնշման դեպքում
Գազը կոչվում է հազվագյուտ, եթե նրա խտությունը աննշան է, և մոլեկուլային ճանապարհի երկարությունը համեմատելի է այն նավի չափի հետ, որում գտնվում է գազը: Նման վիճակում գազի խտությանը համամասնորեն նկատվում է էլեկտրոնների քանակի նվազում։
Խիստ հազվագյուտ գազի դեպքում գործնականում ներքին շփում չկա: Փոխարենը առաջանում է շարժվող գազի արտաքին շփում պատերի դեմ, ինչը բացատրվում է մոլեկուլների թափի փոփոխությամբ, երբ դրանք բախվում են նավի հետ։ Նման իրավիճակում կա ուղիղ համեմատականություն մասնիկների արագության և գազի խտության միջև։
Ցածր վակուումի դեպքում նկատվում են գազի մասնիկների հաճախակի բախումներ ամբողջ ծավալով, որոնք ուղեկցվում են ջերմային էներգիայի կայուն փոխանակմամբ։ Դրանով է բացատրվում փոխանցման ֆենոմենը (դիֆուզիոն, ջերմային հաղորդունակությունը), որն ակտիվորեն կիրառվում է ժամանակակից տեխնոլոգիաներում։
Ստանալով հազվագյուտ գազեր
Վակուումային սարքերի գիտական ուսումնասիրությունն ու զարգացումը սկսվել է տասնյոթերորդ դարի կեսերից։ 1643 թ.-ին իտալացի Տորիչելլին կարողացավ որոշել մթնոլորտային ճնշման արժեքը, և Օ. Գերիկեի կողմից հատուկ ջրի կնիքով մեխանիկական մխոցային պոմպի գյուտից հետո իրական հնարավորություն հայտնվեց հազվագյուտ գազի բնութագրերի բազմաթիվ ուսումնասիրություններ կատարելու համար: Միաժամանակ ուսումնասիրվել են կենդանի էակների վրա վակուումի ազդեցության հնարավորությունները։ Էլեկտրական լիցքաթափմամբ վակուումում իրականացված փորձերը նպաստեցին բացասական էլեկտրոնի՝ ռենտգենյան ճառագայթման հայտնաբերմանը։
Վակուումի ջերմամեկուսիչ ունակության շնորհիվ հնարավոր է դարձել բացատրել ջերմության փոխանցման մեթոդները, օգտագործել տեսական տեղեկատվություն ժամանակակից կրիոգեն տեխնոլոգիայի զարգացման համար։
Օգտագործելով վակուում
1873 թվականին հայտնագործվեց առաջին էլեկտրավակուումային սարքը։ Նրանք դարձան շիկացած լամպ, որը ստեղծել է ռուս ֆիզիկոս Լոդիգինը։ Այդ ժամանակվանից ի վեր ընդլայնվել է վակուումային տեխնոլոգիայի գործնական կիրառումը, հայտնվել են այս վիճակի ստացման և ուսումնասիրման նոր մեթոդներ։
Կարճ ժամանակահատվածում ստեղծվել են տարբեր տեսակի վակուումային պոմպեր:
- պտտվող;
- կրիոսորբցիա;
- մոլեկուլային;
- դիֆուզիա.
Քսաներորդ դարի սկզբին ակադեմիկոս Լեբեդևին հաջողվեց բարելավել վակուումային արդյունաբերության գիտական հիմքերը։ Մինչև անցյալ դարի կեսերը գիտնականները թույլ չէին տալիս 10-6 Պա-ից ցածր ճնշում ստանալու հնարավորություն։
BՆերկայումս վակուումային համակարգերը կառուցված են ամբողջովին մետաղական արտահոսքից խուսափելու համար: Վակուումային կրիոգեն պոմպերն օգտագործվում են ոչ միայն գիտահետազոտական լաբորատորիաներում, այլև տարբեր ոլորտներում:
Օրինակ՝ հատուկ տարհանման միջոցների մշակումից հետո, որոնք չեն աղտոտում օգտագործվող օբյեկտը, ի հայտ են եկել վակուումային տեխնոլոգիայի կիրառման նոր հեռանկարներ։ Քիմիայում նման համակարգերը ակտիվորեն օգտագործվում են մաքուր նյութերի հատկությունների որակական և քանակական վերլուծության, խառնուրդը բաղադրիչների բաժանելու և տարբեր գործընթացների արագության վերլուծության համար։
