真空科学与技术及其在电光源中的应用.pptVIP

真空科学与技术及其在电光源中的应用 钱永生 （上海市真空学会） Contents 一、真空的一般概念： 白炽灯的研制〔爱迪生（Edison），1879〕是早期发明的排气系统所产生的结果。白炽灯表明了低分子密度的用途（除去活性大气组分）； 克鲁克斯（Crookes，1879）的阴极射线管是增大了的气体分子平均自由程的第一次应用； 而杜瓦瓶（Dewar，1893）则是真空热绝缘的首次应用。 事实上，19世纪电子的发现就是由于那时真空技术已发展到能获得一个使自由电子得以“生存”的空间。而电子的发现不仅带来了廿世纪的电子学，而且还开创了一系列基本粒子的先河，打开了物理学的新时代。 一、真空的一般概念 廿世纪人类的三大成就是电子计算机、核能和航天器，但实际上它们都离不开真空。例如，以计算机来说，所用的半导体集成电路就需要在真空中熔制和提纯硅单晶，以后的外延、掺杂、镀膜和刻蚀也都是真空工艺；而且除计算机的运算器和存贮器外，大多数显示器现在仍然使用真空电子器件。此外，我们还可以举出一大堆属于高技术范畴的材料工程、能源工程、生物工程（包括药物和保鲜）、环境工程等尖端工业的主要生产系统，它们也都是与真空技术密切相关的。 一、真空的一般概念 真空技术是一门具有科学概念的并用这些原理来获得实际的低压强环境的系统学科。它利用了诸如化学、物理学、数学、陶瓷学、材料科学和表面科学以及工程学等许多领域里的发现。同时，其本身也做出了十分重要的贡献。 如今，真空技术己不仅是一门单纯的应用技术，而形成了一项专门的学科—真空科学与技术。因此，“美国真空学会”以“Journal of Vacuum Science and Technolohy”命名学报的杂志名；“中国真空学会”的学报也是《真空科学与技术》杂志。 一、真空的一般概念 1. 真空度量单位： 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。作为这种量度，最直接的物理量应该是每单位体积中的气体分子数。根据气体分子运动论，压强Ｐ可以用分子密度n（个/cm3）和温度Ｔ（K）表示为 Ｐ＝nKT（ｃ.ｇ.ｓ.）…………………………………（ｌ） 式中，ｋ是玻尔兹曼（Boltzmann）常数［ｋ＝1.38×10-16尔格/K］。但是，由于历史上的原因，真空度的高低通常都用气体的压强来表示。历史上气体的压强是指气体作用于单位面积器壁上的压力， 一、真空的一般概念 在Ｃ．Ｇ．Ｓ单位制中，压强单位是达因/ｃｍ2， 1达因／ｃｍ2＝1ｍｂｒａ； 在 M．K．S 单位制中，压强单位是牛顿／米2， 1牛顿／ｍ2＝1Ｐａ。 一、真空的一般概念 在不同国家和用于不同的学科，压强单位的种类较繁杂，1945年时已有15种。过去，在真空技术中最常用的压强单位有：“毫米汞柱（mmHg）”和“托（Torr）”。后来发现Hg有７种同位素，所得纯汞也根本没有确定的密度，同一高度纯汞表现出来的压强并不是唯一的，要看其同位素组成比例而定。于是以汞柱规定的标准大气压并不“标准” 。 1969年，国际计量委员会建议（1971年批准），推广一种Ｍ．Ｋ．Ｓ制合理压强单位叫“帕斯卡”（Pascal），简称“帕”（Pa）。 1Pa＝1N／ｍ2＝1Kg／ｍ2.ｓ＝7.5006×１０-3Torr＝ｌ×１０-2ｍｂａｒ ｌ标准大气压（ATM）＝101325Pa≈０.1Mpa． １托（Torr）＝133.322Pa≈1.3×102Pa＝1.3mbar。 一、真空的一般概念 使用这种单位以后，计算、换算等就很方便了。例如，气流量（包括漏气率、放气率）单位，目前，惯用“托·升／秒”，如用“帕”作压强单位，则流量单位就是“瓦特”，与功率单位一致了，这样就消除了一个量多种单位的现象。 因此，FB/T 3163—93《真空技术术语》中参照IS03529—1981《真空技术名词术语》规定Pa为压力单位。1985年颁布的《计量法》中也规定我国采用国际单位制（SI），Pa成了压强的法定计量单位。除真空计外，我们常用的气压表（减压器）也由“kgf／cm2”或“atm”改为“MPa”刻度了。。 一、真空的一般概念 目前国际单位制“帕”的应用仍处在过渡阶段， 由欧洲进口的真空计常用“mbar”： 日本等国进口的真空计仍有用“Torr”的。 近年来，我国出产的真空计大都采用“Pa”了，也有些仪器为了照顾习惯，采用“Pa”、“Torr”、“mbar”多单位制。不过，为贯彻《计量法》今后应逐步统一使用“Pa”作压强单位。