TECHNIKA PRÓŻNI

ISBN: 978-83-7493-891-4

724 stron
format: B5
oprawa: miękka
Rok wydania: 2017

Wiedza i technika dotycząca próżni choć mają bogatą historię, ich klasyczny charakter jest pozorny - próżnia wciąż jest przedmiotem badań i może stanowić podstawę dla innowacyjnych przedsięwzięć. Próżniowe metody pakowania są coraz powszechniej wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Wiele badań właściwości fizycznych wymaga stosowania coraz niższego ciśnienia, a nawet wytworzenia próżni ultrawysokiej. Uzyskanie i utrzymanie tego rodzaju próżni w urządzeniach o dużej objętości, np. w wielokilometrowych akceleratorach cząstek czy detektorach fal grawitacyjnych, byłoby niemożliwe bez efektywnych i niezawodnych metod i urządzeń techniki próżniowej, utrzymywania stanu wysokiej próżni, kontrolowania nieszczelności aparatury, analizowania i kontrolowania składu gazów resztkowych. Miniaturyzacja przyrządów i urządzeń wymaga stosowania mikroczujników ciśnienia, a w szczególności mikroczujników próżni.

Książka stanowi kompendium wiedzy o właściwościach środowiska gazów rozrzedzonych i zachodzących w nim procesach, a także o powszechnie stosowanych metodach wytwarzania, utrzymywania i pomiaru próżni. O jej monograficznym charakterze decyduje tematyka dotycząca fizykochemicznych podstaw techniki próżniowej, rys historyczny techniki próżniowej oraz obszerna literatura przedmiotu. Zawiera informacje o ważnych współcześnie metodach i urządzeniach techniki próżniowej, o ich typowym przeznaczeniu, parametrach i głównych producentach, co czyni ją publikacją przydatną zarówno dla inżynierów i techników budujących bądź wykorzystujących urządzenia próżniowe, jak i dla pracowników naukowych, których badania dotyczą procesów i zjawisk zachodzących w próżni, a w ostatnich latach coraz częściej w próżni ultrawysokiej. Ze względu na wielkie doświadczenie dydaktyczne autora może służyć jako wzorcowy podręcznik dla doktorantów i studentów zajmujących się techniką próżni.

SPIS TREŚCI

Od autora

Wprowadzenie

Wykaz ważniejszych oznaczeń

Część I
Fizyczne podstawy techniki próżniowej

1. Właściwości gazów rozrzedzonych
1.1. Podstawowe pojęcia i definicje
1.1.1. Próżnia
1.1.2. Cząsteczka (molekuła)
1.1.3. Gazy i pary
1.1.4. Ciśnienie gazu
1.1.5. Koncentracja gazu
1.1.6. Temperatura gazu
1.1.7. Ilość gazu
1.1.8. Gazy atmosfery ziemskiej
1.2. Gazy doskonałe
1.2.1. Gęstość strumienia cząsteczek
1.2.2. Ciśnienie wywierane przez gaz na ścianki naczynia
1.2.3. Prawa kinetycznej teorii gazów
1.2.4. Zasadaekwipartycji energii
1.2.5. Ciepło właściwe gazów
1.2.6. Przemiany gazu doskonałego
1.2.7. Propagacja fal w gazie doskonałym
1.3. Gazy rzeczywiste
1.3.1. Oddziaływania międzycząsteczkowe
1.3.2. Objętość własna gazu
1.3.3. Równanie stanu gazów rzeczywistych
1.3.4. Parametry krytyczne
1.3.5. Efekt Joule‘a-Thomsona
1.4. Zderzenia między cząsteczkami gazu
1.4.1. Zderzenia sprężyste i niesprężyste
1.4.2. Rozkład prędkości i energii kinetycznej cząsteczek gazu. Statystyka Maxwella-Boltzmanna
1.4.3 Rozkład prędkości i energii kinetycznej cząsteczek w strumieniu gazu padającym na powierzchnię ścianki naczynia
1.4.4. Rozkład kątowy cząsteczek padających na ściankę naczynia
1.4.5. Średnia droga swobodna cząsteczek. Częstotliwość zderzeń
1.4.6. Rozkład dróg swobodnych
1.5. Zjawiska transportu w gazach
1.5.1. Równanie transportu
1.5.2. Transport pędu - lepkość gazu
1.5.3. Transport energii -przewodnictwo cieplne gazu
1.5.4. Dyfuzja gazu
1.5.5. Dyfuzja cieplna
1.6. Jonizacja gazu
1.6.1. Procesy elementarne
1.6.2. Prędkość i masa elektronu
1.6.3. Jonizacja zderzeniowa
1.6.4. Powielanie elektronów w polu elektrycznym
1.6.5. Wyładowania elektryczne w gazach
Literatura

2. Oddziaływanie gazu z ciałem stałym
2.1. Adsorpcja i desorpcja gazu
2.1.1. Adsorpcja fizyczna gazu
2.1.2. Adsorpcja chemiczna gazu
2.1.3. Średni czas adsorpcji
2.1.4. Współczynnik zapełnienia powierzchni
2.1.5. Współczynnik przylgnięcia
2.1.6. Adsorpcja warstwy monomolekularnej. Izotermy adsorpcji
2.1.7. Adsorpcja wielowarstwowa
2.1.8. Migracja zaadsorbowanych atomów i cząsteczek gazu
2.1.9. Szybkość desorpcji
2.1.10. Czas tworzenia się warstwy monomolekularnej
2.2. Parowanie i kondensacja
2.2.1. Ciśnienie pary nasyconej
2.2.2. Szybkość parowania
2.2.3. Parowanie roztworów i stopów
2.2.4. Absorpcja i przenikanie gazów przez ciała stałe
Literatura

3. Przepływ gazu przez otwory i przewody
3.1. Ogólne prawa przepływu
3.2. Przepływ lepki gazu
3.2.1. Przepływ gazu przez przesłonę
3.2.2. Przepływ gazu przez przewody
3.3. Przepływ gazu w zakresie pośrednim
3.3.1. Przepływ gazu przez przewód o przekroju kołowym
3.3.2. Kryteria oceny przepływu gazu
3.4. Przepływ molekularny gazu
3.4.1. Przepływ gazu przez przesłonę
3.4.2. Przepływ gazu przez przewody
3.4.3. Obliczanie przewodności niektórych podzespołów próżniowych
3.4.4. Obliczanie przewodności metodą Monte Carlo
3.4.5. Niepewność wyników obliczeń
Literatura

4. Proces pompowania
4.1. Czas odpompowania zbiornika
4.1.1. Czas odpompowania zbiornika do ciśnienia próżni wstępnej
4.1.2. Czas odpompowania zbiornika do wysokiej próżni
4.1.3. Metody skracania czasu uzyskiwania wysokiej próżni
4.2. Zabiegi warunkujące uzyskanie bardzo wysokich próżni
4.2.1. Formowanie wewnętrznych powierzchni aparatury próżniowej
4.2.2. Mycie aparatury próżniowej
Literatura

Część II
Metody wytwarzania i pomiaru próżni

5. Historia metod wytwarzania i pomiaru próżni
Literatura

6. Wytwarzanie próżni
6.1. Podział pomp próżniowych
6.2. Pompy objętościowe olejowe
6.2.1. Zasada działania pomp objętościowych
6.2.2. Olejowe pompy rotacyjne
6.2.3. Pompowanie par łatwo ulegających kondensacji
6.2.4. Rozwiązania konstrukcyjne olejowych pomp objętościowych
6.2.5. Eksploatacja olejowych pomp objętościowych
6.3. Pompy bezolejowe - suche
6.3.1. Pompy Rootsa
6.3.2. Pompy pazurowe
6.3.3. Pompy tłokowe
6.3.4. Pompy membranowe
6.3.5. Pompy śrubowe
6.3.6. Pompy spiralne
6.3.7. Pompy z pierścieniem wodnym
6.4. Pompy molekularne i turbomolekularne
6.4.1. Pompy molekularne
6.4.2. Pompy turbomolekularne
6.4.3. Mechaniczne pompy hybrydowe
6.5. Pompy strumieniowe
6.5.1. Strumieniowe pompy wodne
6.5.2. Strumieniowe pompy parowe
6.5.3. Pompy strumieniowe zasilane sprężonym powietrzem
6.5.4. Pompy dyfuzyjne
6.6. Pompy sorpcyjne
6.6.1. Pompy adsorpcyjne
6.6.2. Pompy kriosorpcyjne
6.6.3. Pompy z pochłaniaczami litymi. Pompy getterujące
6.6.4. Pompy sublimacyjne
6.6.5. Pompy jonowo-sorpcyjne
6.6.6. Porównanie pomp wysokiej próżni
Literatura

7. Pomiary ciśnień całkowitych - próżniomierze
7.1. Ogólna charakterystyka próżniomierzy
7.2. Próżniomierze mechaniczne
7.2.1. Próżniomierze tłokowe
7.2.2. Próżniomierze rurkowe Bourdona
7.2.3. Próżniomierze membranowe
7.3. Próżniomierze hydrostatyczne i kompresyjne
7.3.1. Próżniomierze hydrostatyczne
7.3.2. Próżniomierze kompresyjne
7.4. Próżniomierze cieplno-przewodnościowe i konwekcyjne
7.4.1. Zasada działania
7.4.2. Próżniomierze oporowe. Próżniomierze Piraniego
7.4.3. Próżniomierze termoelektryczne
7.4.4. Próżniomierze konwekcyjne
7.5. Próżniomierz lepkościowy (tłumieniowy) z wirująca kulką
7.6. Próżniomierze jonizacyjne z gorącymi katodami
7.6.1. Zasada działania
7.6.2. Klasyczna głowica triodowa
7.6.3. Dolna granica zakresu pomiarowego
7.6.4. Górna granica zakresu pomiarowego
7.6.5. Oddziaływanie głowicy jonizacyjnej z atmosferą gazów resztkowych
7.6.6. Ogólna charakterystyka próżniomierzy jonizacyjnych z gorącymi katodami
7.7. Próżniomierze jonizacyjne z zimnymi katodami
7.7.1. Zasada działania
7.7.2. Głowice magnetronowe
7.7.3. Pomiary w zakresie ultrawysokiej próżni
7.7.4. Ogólna charakterystyka próżniomierzy jonizacyjnych z zimnymi katodami
7.8. Próżniomierze jonizacyjne z katodami polowymi
7.8.1. Emitery polowe
7.8.2. Głowice jonizacyjne z emiterami polowymi
7.8.3. Ogólna charakterystyka próżniomierzy jonizacyjnych z emiterami polowymi
7.9. Czujniki próżni
7.9.1. Technologie stosowane przy wytwarzaniu czujników próżni
7.9.2. Czujniki membranowe
7.9.3. Czujniki tłumieniowe
7.9.4. Czujniki cieplno-przewodnościowe
7.9.5. Czujniki jonizacyjne
7.9.6. Ogólna charakterystyka czujników próżni
7.10. Skalowanie próżniomierzy
7.10.1. Wzorce próżni
7.10.2. Metoda porównawcza
7.10.3. Metoda statycznego rozprężania gazu
7.10.4. Metoda dynamicznego rozprężania gazu
Literatura

8. Analizatory gazów resztkowych - spektrometry mas
8.1. Ogólna charakterystyka spektrometrów mas
8.2. Spektrometry z segregacją jonów w jednorodnym polu magnetycznym
8.3. Filtry mas
8.3.1. Spektrometr kwadrupolowy
8.3.2. Spektrometr monopolowy
8.3.3. Kwadrupolowe pułapki jonowe
8.4. Spektrometr z segregacją jonów w strefie swobodnego przelotu
Literatura

9. Wykrywanie nieszczelności
9.1. Podstawowe pojęcia
9.2. Metoda pęcherzyków powietrza
9.3. Metoda powolnych zmian ciśnienia
9.4. Lokalizacja nieszczelności rzeczywistych za pomocą próżniomierzy
9.5. Metody oparte na wykorzystaniu znaczników gazowych
9.5.1. Metody próżniowe z wykorzystaniem znaczników gazowych
9.5.2. Metody ciśnieniowe z wykorzystaniem znaczników gazowych
9.5.3. Nieszczelności wzorcowe
Literatura

10. Tablice
Tablice do rozdziału 1
Tablice do rozdziału 2
Tablice do rozdziału 3
Tablice do rozdziału 4
Tablice do rozdziału 5
Tablice do rozdziału 6
Tablice do rozdziału 7
Tablice do rozdziału 8