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How do vacuum connections influence conductance?

Nei libri di testo della scienza del vuoto, nei corsi di formazione e nell'esperienza tramandata di generazione in generazione, ci viene insegnato che "tutti i collegamenti per il vuoto devono essere i più corti e larghi possibili". Ma cosa succede in caso contrario? Quali sono le conseguenze se non si rispetta questa indicazione?

Che cos'è la conduttanza nella tecnologia del vuoto?

Nella terminologia del vuoto, la conduttanza C tra due punti è definita come la produttività di gas Q (attraverso un componente) divisa per la caduta di pressione (ΔP), dove Pup è la pressione a monte del sistema e Pdown è la pressione a valle:

Conductance formula

qui S è la velocità di pompaggio in un punto qualsiasi del sistema per vuoto.

I meccanismi del flusso di gas possono essere divisi in vari regimi: continuo (in cui prevalgono le collisioni tra molecole), molecolare (in cui prevalgono le collisioni tra pareti e molecole) e regime di flusso transitorio tra questi due regimi.

Questo è illustrato di seguito (per aria a 293 K) in cui la conduttanza di un tubo di 1 metro di lunghezza viene tracciata in corrispondenza di diversi diametri e pressioni, la conduttanza varia di 1/lunghezza in caso di tubi lunghi.

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Conduttanza per 1 metro di lunghezza del tubo

In condizioni di flusso molecolare, la conduttanza è indipendente dalla pressione (qui <~ 0,01 mbar), in condizioni di conduttanza con flusso continuo è una funzione lineare della pressione (qui >~ 1 mbar), mentre in condizioni di flusso transitorio è una "combinazione" delle dipendenze estreme della pressione.

Che cosa significa concretamente questo nel mondo del vuoto?

 Possiamo spiegarlo osservando alcuni esempi.

1. Qual è l'effetto sulla velocità netta di pompaggio di una pompa a spirale XDS35i con una linea di avanzamento NW40 da 5 m con 2 curve?

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Per aria a 293 K

XDS35i

1. Ingresso pompa 2. Ingresso prevuoto

Possiamo notare che a pressioni più elevate (in cui la conduttanza del tubo è più elevata) non vi è alcun effetto sulla velocità netta. La differenza percentuale, tuttavia, diventa più evidente a < 10 mbar (diminuzione del 50%), per poi diventare trascurabile solo alla pressione finale del sistema (con velocità netta zero).

2. Sistema con valvola a saracinesca

Considerare un sistema con una pompa turbo-molecolare (TMP) collegata direttamente a una camera attraverso una valvola a saracinesca ISO100 (con conduttanza molecolare dichiarata relativamente elevata di circa 1.700 l/s). Il grafico seguente mostra la velocità netta del sistema (SUp) con un intervallo di velocità della pompa TMP (SDown); una piccola diminuzione della conduttanza in condizioni di flusso molecolare.

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BGV 20ISO 20 Group
Edwards nEXT300 Turbomolecular Pump