Помпи, които обикновено се използват в системи със свръхвисок вакуум

I. Механични помпи
Основната функция на механичната помпа е да осигури необходимия предстъпков вакуум за стартиране на турбомолекулярната помпа.Често използваните механични помпи включват главно вихрови сухи помпи, диафрагмени помпи и механични помпи с маслено уплътнение.
Мембранните помпи имат ниска скорост на изпомпване и обикновено се използват за малки молекулярни помпени комплекти поради малкия си размер.
Механичната помпа с маслено уплътнение е най-използваната механична помпа в миналото, характеризираща се с голяма скорост на изпомпване и добър краен вакуум, недостатъкът е общото съществуване на връщане на маслото, в системите с ултрависок вакуум обикновено трябва да бъдат оборудвани с електромагнитен клапан (за предотвратяване на случайно прекъсване на захранването, причинено от връщане на масло) и молекулярно сито (адсорбционен ефект).
През последните години по-често се използва спиралната суха помпа. Предимството е лесна за използване и не се връща към маслото, просто скоростта на изпомпване и крайният вакуум са малко по-лоши от тези на механичните помпи с маслено уплътнение.
Механичните помпи са основен източник на шум и вибрации в лабораторията и е по-добре да изберете нискошумна помпа и да я поставите между оборудването, където е възможно, но последното често не е лесно за постигане поради ограниченията на работното разстояние.
II.Турбомолекулярни помпи
Турбо молекулярните помпи разчитат на високоскоростни въртящи се лопатки (обикновено около 1000 оборота в минута), за да постигнат насочен поток от газ.Съотношението на изпускателното налягане на помпата към входното налягане се нарича степен на компресия.Коефициентът на компресия е свързан с броя на етапите на помпата, скоростта и вида на газа, общото молекулно тегло на компресията на газа е сравнително високо.Максималният вакуум на турбомолекулярната помпа обикновено се счита за 10-9-10-10 mbar, а през последните години, с непрекъснатия напредък на технологията на молекулярната помпа, крайният вакуум беше допълнително подобрен.
Тъй като предимствата на турбомолекулярната помпа се реализират само в състояние на молекулярен поток (състояние на поток, при което средният свободен обхват на газовите молекули е много по-голям от максималния размер на напречното сечение на канала), вакуумна помпа с предварително стъпало с необходимо работно налягане от 1 до 10-2 Pa.Поради високата скорост на въртене на лопатките, молекулярната помпа може да бъде повредена или унищожена от чужди предмети, трептене, удар, резонанс или газов удар.За начинаещи най-честата причина за повреда е газов удар, причинен от грешки при работа.Повреда на молекулярна помпа може да бъде причинена и от резонанс, предизвикан от механична помпа.Това състояние е сравнително рядко, но изисква специално внимание, тъй като е по-коварно и не се открива лесно.

III.Разпрашваща йонна помпа
Принципът на работа на разпръскващата йонна помпа е да използва йоните, генерирани от разряда на Penning, за да бомбардира титановата плоча на катода, за да образува свеж титанов филм, като по този начин адсорбира активните газове и има известен ефект на погребване и върху инертните газове .Предимствата на разпръскващите йонни помпи са добър краен вакуум, без вибрации, без шум, без замърсяване, зрял и стабилен процес, без поддръжка и при същата скорост на изпомпване (с изключение на инертни газове), тяхната цена е много по-ниска от молекулярните помпи, което ги прави изключително широко използвани в системи със свръхвисок вакуум.Обикновено нормалният работен цикъл на йонните помпи за разпрашаване е повече от 10 години.
Йонните помпи обикновено трябва да са над 10-7 mbar, за да работят правилно (работата при по-лоши вакууми значително намалява техния живот) и следователно изискват комплект молекулни помпи, за да осигурят добър вакуум преди етапа.Обичайна практика е да се използва йонна помпа + TSP в основната камера и комплект малка молекулярна помпа във входната камера.Когато печете, отворете свързания вграден вентил и оставете комплекта малка молекулярна помпа да осигури предния вакуум.
Трябва да се отбележи, че йонните помпи са по-малко способни на адсорбция на инертни газове и тяхната максимална скорост на изпомпване се различава донякъде от тази на молекулярните помпи, така че за големи обеми на изпускане на газове или големи количества инертни газове е необходим комплект молекулни помпи.В допълнение, йонната помпа генерира електромагнитно поле по време на работа, което може да попречи на особено чувствителните системи.
IV.Титаниеви сублимационни помпи
Помпите за сублимация на титан работят, като разчитат на изпаряването на метален титан, за да образуват титанов филм върху стените на камерата за хемосорбция.Предимствата на сублимационните титаниеви помпи са проста конструкция, ниска цена, лесна поддръжка, без излъчване и вибрации.
Титаниеви сублимационни помпи обикновено се състоят от 3 титанови нишки (за предотвратяване на изгаряне) и се използват в комбинация с молекулярни или йонни помпи за осигуряване на отлично отстраняване на водорода.Те са най-важните вакуумни помпи в диапазона 10-9-10-11 mbar и се монтират в повечето камери с ултрависок вакуум, където се изискват високи нива на вакуум.
Недостатъкът на помпите за сублимация на титан е необходимостта от редовно разпръскване на титан, вакуумът се влошава с около 1-2 порядъка по време на разпръскване (в рамките на няколко минути), поради което определени камери със специфични нужди изискват използването на NEG.също така, за чувствителни към титан проби/устройства трябва да се внимава да се избегне местоположението на помпата за сублимация на титан.
V. Криогенни помпи
Криогенните помпи разчитат главно на физическа адсорбция при ниска температура за получаване на вакуум, с предимствата на висока скорост на изпомпване, липса на замърсяване и висок краен вакуум.Основните фактори, влияещи върху скоростта на изпомпване на криогенните помпи, са температурата и повърхността на помпата.В системите за епитаксия с голям молекулен лъч криогенните помпи се използват широко поради високите изисквания за краен вакуум.
Недостатъците на криогенните помпи са високата консумация на течен азот и високите експлоатационни разходи.Системите с рециркулационни чилъри могат да се използват без консумация на течен азот, но това носи със себе си съответните проблеми с консумацията на енергия, вибрациите и шума.Поради тази причина криогенните помпи се използват по-рядко в конвенционалното лабораторно оборудване.
VI.Аспираторни помпи (NEG)
Помпата за смукателен агент е една от най-използваните вакуумни помпи през последните години, нейното предимство е пълното използване на химическа адсорбция, без парно покритие и електромагнитно замърсяване, често се използва заедно с молекулярни помпи, за да замени титаниеви сублимационни помпи и разпръскващи йони помпи, недостатъкът е високата цена и ограничен брой регенерации, обикновено използвани в системи с високи изисквания за стабилност на вакуума или силно чувствителни към електромагнитни полета.
В допълнение, тъй като помпата на аспиратора не изисква допълнителна връзка за захранване след първоначалното активиране, тя често се използва в големи системи като спомагателна помпа за увеличаване на скоростта на изпомпване и подобряване на нивото на вакуум, което може ефективно да опрости системата.

Фигура: Работно налягане за различни видове помпи.Кафявите стрелки показват максимално допустимия диапазон на работно налягане, а удебелените зелени части показват общия диапазон на работно налягане.