§ 305. Вакуумная техника

В настоящее время широко используются различные пустотные (вакуумные) приборы, т. е. приборы, состоящие из стеклянной или металлической колбы, из которой возможно лучше откачан воздух. Это — электрические лампы, радиолампы, фотоэлементы, сосуды Дьюара и т. п. Очень часто также употребляются приборы, наполненные инертными газами (например, электрические лампы или светящиеся трубки, употребляемые для освещения и рекламы). Чтобы наполнить их инертным газом, надо предварительно откачать воздух. Таким образом, создалась новая отрасль техники — вакуумная техника.

Для получения вакуума используются следующие способы.

1. Прежде всего механические насосы, удаляющие воздух посредством движения, например, поршня. Наиболее широким распространением пользуется вращательный масляный насос. Устройство и действие его описаны в § 171.

2. Для получения более высокого вакуума употребляют насосы иного типа. Наиболее широким распространением пользуется диффузионный, иначе пароструйный, насос, в котором используются пары специальных масел, а иногда ртути. Такой насос может работать только при условии предварительной откачки воздуха другим насосом. Предварительная откачка воздуха обычно делается вращательным насосом. Устройство ртутного диффузионного насоса схематически показано на рис. 502. Он состоит из сосуда 1 с ртутью, непрерывно подогреваемого горелкой или электрической печкой. Образующийся при этом пар ртути поступает через трубку 2 в полость 3, охлаждаемую проточной водой.

Рис. 502. Ртутный диффузионный насос

Действие насоса основано на том, что молекулы газа, поступающего по трубке 4 из откачиваемого сосуда, диффундируют из объема 5 в полость 3, заполненную паром, где парциальное давление газа меньше, чем в объеме 5. Здесь молекулы газа захватываются струей пара и увлекаются ею. Пар конденсируется на стенках и стекает обратно в сосуд 1. Газ же отсасывается сквозь трубку 6 насосом, дающим предварительное разрежение. Диффузионный насос может работать, только если предварительно достигнуто такое разрежение, что длина свободного пробега молекул пара стала больше диаметра трубки 3. Диффузионный насос является одним из наиболее совершенных насосов.

При откачке воздуха из стеклянных или металлических колб надо принимать особые меры к тому, чтобы удалить также и те молекулы воздуха, которые адсорбированы стенками (§ 258). Для этого откачиваемые сосуды (например, электролампы) во время откачки нагревают (до ) в особых печах. При нагревании стеклянных стенок прилипшие к ним молекулы воздуха отделяются и откачиваются насосом. Если произвести откачку, не прогревая колбы, то через некоторое время внутри колбы снова появится газ, и вакуум будет недостаточным.

3. В большинстве вакуумных приборов во время их работы происходит постепенное выделение газа из их стеклянных и металлических частей, несмотря на предварительное прогревание. Чтобы выделяющиеся газы не вредили работе прибора, внутри него помещают непрерывно действующий газопоглотитель. В осветительных лампах накаливания газопоглотителем является фосфор, наносимый прямо на вольфрамовую нить и после предварительного прокаливания лампы оседающий прозрачным слоем на ее стенках. В радиолампах обычно используют слой бария, который распыляют внутри лампы после ее откачки; зеркальный налет бария поглощает газы в течение всего срока службы лампы.

В современных вакуумных приборах достигается вакуум порядка . Это значит, что плотность газа в них в миллиарды раз меньше плотности атмосферного воздуха. Однако даже при таком разрежении в  находится несколько сотен миллионов молекул. С этим результатом интересно сопоставить тот факт, что плотность вещества в межзвездном пространстве такова, что на  приходится не более сотни молекул.