आणविक ड्रैग पंप: Difference between revisions

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आणविक ड्रैग पंप एक प्रकार का निर्वात पंप है जो घूर्णन सतह के विरुद्ध हवा के अणुओं को खींचने का उपयोग करता है।[1] सबसे आम उप-प्रकार होल्वेक पंप है, जिसमें पेंचदार खांचे के साथ घूर्णन सिलेंडर होता है जो पंप के उच्च निर्वात पक्ष से पंप के निचले निर्वात पक्ष तक गैस को निर्देशित करता है।[2] पुराने गेदे पंप डिजाइन समान है, लेकिन पंपिंग गति में हानि के कारण बहुत कम सामान्य है।[3] सामान्य तौर पर, भारी गैसों के लिए आणविक ड्रैग पंप अधिक कुशल होते हैं, इसलिए लाइटर गैसेस (हाइड्रोजन, ड्यूटेरियम, हीलियम) आणविक ड्रैग पंप चलाने के बाद बचे हुए अधिकांश अवशिष्ट गैसों को बनाएंगे।[4]

1950 के दशक में आविष्कार किया गया टर्बोमोलेक्युलर पंप, इसी तरह के ऑपरेशन पर आधारित एक अधिक उन्नत संस्करण है, और इसके लिए होल्वेक पंप को अधिकांशतः बैकिंग पंप के रूप में उपयोग किया जाता है। होलवेक पंप कम से कम निर्वात का उत्पादन कर सकता है 1×10−8 mmHg (1.3×10−6 Pa).

इतिहास

गेदे

सबसे पहला आणविक ड्रैग पंप वोल्फगैंग जीएई द्वारा बनाया गया था, जिनके पास 1905 में पंप का विचार था, और लेयबोल्ड जीएमबीएच के साथ व्यावहारिक उपकरण बनाने की प्रयास में कई साल बिताए।[5] अपेक्षाओं को पूरा करने वाला पहला प्रोटोटाइप डिवाइस 1910 में पूरा हुआ, जिससे कम का दबाव प्राप्त हुआ मिलीबार[6] 1912 तक बारह पंप बनाए जा चुके थे, और अवधारणा को उस वर्ष 16 सितंबर को मुंस्टर में फिजिकल सोसाइटी की बैठक में प्रस्तुत किया गया था, और सामान्यतः अच्छी तरह से प्राप्त किया गया था।[5]

गैडे ने इस आणविक पंप के सिद्धांतों पर कई पत्र प्रकाशित किए,[7][8] और डिजाइन का पेटेंट कराया।[9] कार्य सिद्धांत यह है कि कक्ष में गैस तेजी से घूमने वाले सिलेंडर के एक तरफ उजागर होती है। गैस और कताई सिलेंडर के बीच टकराव गैस के अणुओं को सिलेंडर की सतह के समान दिशा में संवेग देता है, जिसे निर्वात कक्ष से दूर और अग्र-रेखा की ओर डिज़ाइन किया गया है। फोरलाइन पर दबाव कम करने के लिए एक अलग बैकिंग पंप का उपयोग किया जाता है | फोर-लाइन (आणविक पंप का आउटपुट), चूंकि कार्य करने के लिए, आणविक पंप को कम दबाव में संचालित करने की आवश्यकता होती है, जिससे अंदर की गैस मुक्त आणविक प्रवाह में हो पंप का एक महत्वपूर्ण माप संपीड़न अनुपात है, . यह निर्वात के दबाव का अनुपात है, आउटलेट के दबाव के लिए, और विभिन्न दबावों में मोटे तौर पर स्थिर है, लेकिन अलग-अलग गैस पर निर्भर करता है।[10]

घूर्णन सतहों के साथ टकराव के कारण प्रवाह की गणना करके, और रिवर्स दिशा में प्रसार की दर की गणना करके गैसों के गतिज सिद्धांत का उपयोग करके संपीड़न अनुपात का अनुमान लगाया जा सकता है।[11] संपीड़न अनुपात भारी अणुओं के लिए अच्छा होता है, क्योंकि लाइटर गैसों का तापीय वेग अधिक होता है और घूर्णन सिलेंडर की गति का इन तेज गति वाले, हल्के गैसों पर कम प्रभाव पड़ता है।

इस गेडे आण्विक पंप का उपयोग शुरुआती प्रयोग परीक्षण निर्वात गेज में किया गया था।[12]


होल्वेक

फर्नांड होल्वेक द्वारा 1920 के दशक की शुरुआत में बेहतर होल्वेक डिजाइन का आविष्कार किया गया था[13][14] मुलायम एक्स-रे के अध्ययन में उनके काम के लिए उनके उपकरण के हिस्से के रूप में। यह फ्रांसीसी वैज्ञानिक उपकरण निर्माता, चार्ल्स ब्यूडॉइन द्वारा निर्मित किया गया था।[15] उन्होंने 1925 में डिवाइस पर पेटेंट के लिए आवेदन किया।[16] गेदे पंप से मुख्य अंतर एक सर्पिल के अतिरिक्त था, जो या तो कताई सिलेंडर में या स्थिर आवास में कटौती करता था। होल्वेक पंपों को अधिकांशतः सैद्धांतिक रूप से प्रतिरूपित किया गया है।[2][17][18] होल्वेक के सहपाठी और सहयोगी, एच. गोंडेट, बाद में डिजाइन में अन्य सुधारों का सुझाव देंगे।[5][19]


सिगबान

अन्य डिजाइन मैन सिगबान द्वारा दिया गया था।[20] उन्होंने एक पंप का निर्माण किया था जिसका उपयोग 1926 में किया गया था।[21] 1926 से 1940 तक लगभग 50 सीगबान के पंप बनाए गए थे।[5] ये पंप सामान्यतः तुलनीय प्रसार पंपों की तुलना में धीमे थे, इसलिए उप्साला विश्वविद्यालय के बाहर दुर्लभ थे। साइक्लोट्रॉन में उपयोग के लिए 1940 के आसपास सीगबैन प्रकार के बड़े, तेज पंप बनाए जाने लगे।[22] 1943 में, सीगबैन ने इन पंपों के बारे में एक पेपर प्रकाशित किया, जो रोटेटिंग डिस्क पर आधारित थे।[23]



टर्बोमोलेक्युलर पंप में प्रयोग करें

Main article: टर्बोमोलेक्युलर पंप

जबकि गैडे, होलवेक और सिगबैन के आणविक ड्रैग पंप कार्यात्मक डिजाइन हैं, वे स्टैंड-अलोन पंप के रूप में अपेक्षाकृत असामान्य बने रहे हैं। एक मुद्दा पंपिंग गति का था प्रसार पंप जैसे विकल्प बहुत तेज हैं। दूसरे, इन पंपों के साथ एक प्रमुख मुद्दा विश्वसनीयता है माइक्रोमीटर के दसियों में चलती भागों के बीच की खाई के साथ, किसी भी धूल या तापमान परिवर्तन से भागों को संपर्क में लाने और पंप को विफल करने का खतरा होता है।[24]

टर्बोमोलेक्युलर पंप ने इनमें से कई हानि पर अधिकार पा लिया। कई आधुनिक टर्बोमोलेक्युलर पंपों में अंतर्निर्मित आणविक ड्रैग चरण होते हैं, जो उन्हें उच्च फोरलाइन दबावों पर संचालित करने की अनुमति देता है।

टर्बो आण्विक पंपों में एक चरण के रूप में, सबसे व्यापक रूप से प्रयोग किया जाने वाला डिजाइन होल्वेक प्रकार है, जो गेडे डिजाइन की तुलना में काफी अधिक पंपिंग गति के कारण होता है। जबकि धीमी गति से, गेडे डिजाइन में समान संपीड़न अनुपात के लिए उच्च इनलेट दबाव को सहन करने और होल्वेक प्रकार की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट होने का लाभ है।[3] जबकि गैडे और होल्वेक डिजाइनों का व्यापक रूप से अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, हॉल्वेक चरणों की तुलना में उनके काफी अधिक कॉम्पैक्ट डिजाइन के कारण सिगबैन-प्रकार के डिजाइनों की जांच जारी है।[25]



यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Duval, P.; Raynaud, A.; Saulgeot, C. (1988). "The molecular drag pump: Principle, characteristics, and applications". Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. American Vacuum Society. 6 (3): 1187–1191. Bibcode:1988JVSTA...6.1187D. doi:10.1116/1.575674. ISSN 0734-2101.
  2. ↑ 2.0 2.1 Naris, Steryios; Koutandou, Eirini; Valougeorgis, Dimitris (2012). "Design and optimization of a Holweck pump via linear kinetic theory". Journal of Physics: Conference Series. 362 (1): 012024. Bibcode:2012JPhCS.362a2024N. doi:10.1088/1742-6596/362/1/012024. ISSN 1742-6596.
  3. ↑ 3.0 3.1 Conrad, A; Ganschow, O (1993). "Comparison of Holweck- and Gaede-pumping stages". Vacuum. Elsevier BV. 44 (5–7): 681–684. Bibcode:1993Vacuu..44..681C. doi:10.1016/0042-207x(93)90123-r. ISSN 0042-207X.
  4. ↑ A. Bhatti, J; K. Aijazi, M; Q. Khan, A (2001). "Design characteristics of molecular drag pumps". Vacuum. Elsevier BV. 60 (1–2): 213–219. Bibcode:2001Vacuu..60..213A. doi:10.1016/s0042-207x(00)00374-2. ISSN 0042-207X.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 Redhead, P. A. (1994). Vacuum science and technology : pioneers of the 20th century : history of vacuum science and technology volume 2. New York, NY: AIP Press for the American Vacuum Society. pp. 114–125. ISBN 978-1-56396-248-6. OCLC 28587335.
  6. ↑ Henning, Hinrich (2009). "Renaissance einer Hundertjährigen. Die Molekularpumpe von Wolfgang Gaede" [Renaissance of a century: the molecular pump of Wolfgang Gaede]. Vakuum in Forschung und Praxis (in Deutsch). Wiley. 21 (4): 19–22. doi:10.1002/vipr.200900392. ISSN 0947-076X. S2CID 94485485.
  7. ↑ Gaede, W. (1912). "Die äußere Reibung der Gase und ein neues Prinzip für Luftpumpen: Die Molekularluft-pumpe" [The exterior friction of gasses and a new principle for air pumps: the molecular air pump]. Physikalische Zeitschrift (in Deutsch). 13: 864–870.
  8. ↑ Gaede, W. (1913). "Die Molekularluftpumpe" [The molecular air pump]. Annalen der Physik (in Deutsch). Wiley. 346 (7): 337–380. Bibcode:1913AnP...346..337G. doi:10.1002/andp.19133460707. ISSN 0003-3804.
  9. ↑ US patent 1069408, Wolfgang Gaede, "Method and apparatus for producing high vacuums", issued 1913 Aug 05 
  10. ↑ Dushman, Saul (July 1920). "The Production and Measurement of High Vacua: Part II Methods for the production of low pressures". General Electric Review. 23 (7): 612–614.
  11. ↑ Jacobs, Robert B. (1951). "The Design of Molecular Pumps". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 22 (2): 217–220. doi:10.1063/1.1699927. ISSN 0021-8979.
  12. ↑ Dushman, Saul (1 February 1915). "Theory and Use of the Molecular Gauge". Physical Review. American Physical Society (APS). 5 (3): 212–229. Bibcode:1915PhRv....5..212D. doi:10.1103/physrev.5.212. ISSN 0031-899X.
  13. ↑ Holweck, M. (1923). "Physique Moléculaire - pompe moléculaire hélicoïdale" [Molecular physics - helical molecular pump]. Comptes rendus de l'Académie des Sciences (in français). 177: 43–46.
  14. ↑ Elwell, C. F. (1927). "The Holweck demountable type valve". Institution of Electrical Engineers - Proceedings of the Wireless Section of the Institution. Institution of Engineering and Technology (IET). 2 (6): 155–156. doi:10.1049/pws.1927.0011. ISSN 2054-0655.
  15. ↑ Beaudouin, Denis (2006). "Charles Beaudouin, a story of scientific instruments". Bulletin of the Scientific Instrument Society. Vol. 90. p. 34.
  16. ↑ FR patent 609813, Fernand-Hippolyte-Lo Holweck, "Pompe moléculaire" 
  17. ↑ Skovorodko, Petr A. (2001). Free molecular flow in the Holweck pump. AIP conference proceedings. Unsolved Problems of Noise and Fluctuations. Vol. 585. AIP. p. 900. doi:10.1063/1.1407654. ISSN 0094-243X.
  18. ↑ Naris, S.; Tantos, C.; Valougeorgis, D. (2014). "Kinetic modeling of a tapered Holweck pump" (PDF). Vacuum. Elsevier BV. 109: 341–348. Bibcode:2014Vacuu.109..341N. doi:10.1016/j.vacuum.2014.04.006. ISSN 0042-207X.
  19. ↑ Gondet, H. (1945). "Étude et réalisation d'une nouvelle pompe rotative à vide moléculaire". Le Vide (in français). 18: 513. ISSN 1266-0167.
  20. ↑ GB 332879A, "Improvements in or relating to rotary vacuum pumps", published 1930-07-31, assigned to Karl Manne Georg Siegbahn 
  21. ↑ Kellström, Gunnar (1927). "Präzisionsmessungen in derK-Serie der Elemente Palladium und Silber" [Precision measurements of the K series of Palladium and Silver]. Zeitschrift für Physik A (in Deutsch). Springer Science and Business Media LLC. 41 (6–7): 516–523. Bibcode:1927ZPhy...41..516K. doi:10.1007/bf01400210. ISSN 0939-7922. S2CID 124854698.
  22. ↑ von Friesen, Sten (1940). "Large Molecular Pumps of the Disk Type". Review of Scientific Instruments. AIP Publishing. 11 (11): 362–364. doi:10.1063/1.1751585. ISSN 0034-6748.
  23. ↑ Siegbahn, M. (1943). "A new design for a high vacuum pump". Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik. 30B (2): 261. ISSN 0365-4133. via Power, Basil Dixon (1966). High Vacuum Pumping Equipment. Chapman and Hall. p. 190.
  24. ↑ Henning, Hinrich (1998). "Turbomolecular Pumps". Handbook of Vacuum Science and Technology. Elsevier. pp. 183–213. doi:10.1016/b978-012352065-4/50056-0. ISBN 978-0-12-352065-4.
  25. ↑ Giors, S.; Campagna, L.; Emelli, E. (2010). "New spiral molecular drag stage design for high compression ratio, compact turbomolecular-drag pumps". Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. American Vacuum Society. 28 (4): 931–936. doi:10.1116/1.3386591. ISSN 0734-2101.


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