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What contributes to a system’s gas load?

Il existe plusieurs contributions à la consommation de gaz d'un système. A des pressions inférieures à ~0,1 mbar, la contribution la plus importante est souvent le « dégazage ». Le dégazage est le résultat de la désorption des molécules précédemment adsorbées, de la diffusion en masse, de la perméation et de la vaporisation. L'adsorption se produit via deux processus principaux, la physisorption et la chimisorption, et peut être décrite à l'aide de cinq (ou six) isothermes de classification.

D'où viennent les contributions à la consommation de gaz ?

En observant le taux de désorption, la vitesse de pompage et la réadsorption sur les surfaces, on peut calculer le dégazage net du système.

Comme le montre le schéma 1, les contributions à la consommation de gaz d'un système peuvent provenir des éléments suivants :

  1. Gaz initial ou « vrac » dans le système
  2. Charge de procédé
  3. Rétrodiffusion
  4. Fuites
  5. Dégazage

Pour un système étanche sous vide élevé (HV) sans charge de procédé, le dégazage peut représenter jusqu'à 100 % de la consommation de gaz.

Turbo molecular pumper system diagram

Schéma 1 : Consommation de gaz dans un système de vide

  1. Charge de procédé
  2. Dégazage
  3. Fuites
  4. Rétrodiffusion
  5. Gaz initial

La contribution relative des différentes espèces à la consommation de gaz varie avec la pression. Pour de nombreuses applications HV, la vapeur d'eau est la principale préoccupation en termes de dégazage. Cependant, pour atteindre l'UHV dans tous les systèmes métalliques, le dégazage de H2 est critique.

Le tableau ci-dessous présente les principales consommations de gaz typiques à différentes pressions.

Pression (mbar)

Consommation importante de gaz

Atmosphère

Air (N2, O2, H2O, Ar, CO2)

10-3

Vapeur d'eau (75 à 95 %), N2, O2

10-6

H2O, CO, CO2, N2

10-9

CO, H2, CO2, H2O

10-10

H2, CO

10-11

H2, CO

Quatre mécanismes principaux qui contribuent au dégazage

  1. Vaporisation du matériau de surface lui-même (dans les métaux, ce phénomène est négligeable aux températures de fonctionnement habituelles)
  2. Désorption : Il s'agit du procédé inverse de l'adsorption ; la libération des molécules liées aux surfaces de la chambre et des équipements intérieurs.
  3. Diffusion : Il s'agit du mouvement des molécules de la structure interne du matériau vers la surface.
  4. Perméation : Il s'agit du mouvement des molécules de l'atmosphère extérieure vers la surface du vide, en passant par la masse.

La mesure dans laquelle chacun de ces phénomènes contribue au dégazage dépend de la composition du gaz et du matériau de surface (et de son histoire). Les taux de dégazage sont la somme de ces contributions.

Cliquez ci-dessous pour en savoir plus sur le dégazage.