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真空接続は、コンダクタンスにどのような影響を与えるのか?

真空科学の教科書、トレーニングコースなど古くからの知識では「すべての真空接続は可能な限り短く、広くする」ように指示されています。しかし、これを行わないとどうなるのでしょうか?

真空技術におけるコンダクタンスとは?

真空用語では、2つのポイント間のコンダクタンスCは、ガススループットQ(コンポーネントを介した)を全体の圧力降下(ΔP)で割ったものとして定義されます。PUPはシステムの上流圧力で、Pdownは下流圧力です。

Conductance formula

ここでSは真空システムのどのポイントでもポンプ速度を示します。

ガスフローメカニズムは、連続体(分子-分子の衝突)、分子(分子-壁の衝突)、およびこれら2つのレジームの間の転換的フローレジームに分割できます。

これは以下の図で示されています(293 Kでの空気の場合)。この図では、直径が異なる1メートル長パイプのコンダクタンスがプロットされ、圧力コンダクタンスは長いパイプの1/長さとして変化します。

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1メートル長のパイプのコンダクタンス

分子フローの場合、コンダクタンスは圧力(ここでは<0.01 mbar)とは独立しており、連続フローコンダクタンスは圧力(ここでは>1 mbar)の線形関数として移行フローでは圧力依存性の「混合」となります。

これは現実の真空の世界では何を意味するか?

 いくつかの例を挙げて説明します。

1. XDS35iスクロールポンプに5mのNW40フォアラインを2回ベンドさせた場合、正味の排気速度にどのような影響があるでしょうか?

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293 Kの空気用

XDS35i

1. ポンプ入口 2. フォアラインインレット

パイプコンダクタンスが最も高い、高圧状況では正味の速度に影響がないことがわかります。ただし、その差は10 mbar(50%のロス)未満でより顕著になり、システムの到達圧力(正味ゼロ速度)でのみ無視できるようになります。

2. ゲートバルブ付きシステム

ターボ分子ポンプ(TMP)がISO100ゲートバルブを介してチャンバーに直接接続されているシステムを考えてみてください(分子コンダクタンスは~1,700 l/sと比較的大きいとされています)。下のグラフはTMP速度の範囲(SDOWN)の正味システム速度(SUP)を示しています。これで分子フロー状態でのコンダクタンスの損失が小さいことがわかります。

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BGV 20ISO 20 Group
Edwards nEXT300 Turbomolecular Pump