Значение техники получения вакуума

Вакуумная техника свое основное развитие получила на базе совершенствования производства электровакуумных приборов. Во многих электровакуумных приборах используются нагретые до высокой температуры детали; так, в лампах накаливания спираль, накаленная до высокой температуры, используется в качестве источника света; в электронных лампах, электронно-лучевых трубках, во многих типах газоразрядных приборов используется электронная эмиссия накаленных катодов. Сказанного уже достаточно, чтобы стала ясной необходимость удаления атмосферного воздуха из указанных приборов, иначе спираль или катод сгорят в кислороде воздуха.

Однако, если прибор откачан недостаточно хорошо, если при откачке не удалены из его деталей заключенные в них газы, то в приборе будет происходить целый ряд явлений, из которых каждое может быть причиной плохого качества или даже гибели прибора. Например, при плохой откачке лампы накаливания (вакуумной или газонаполненной - безразлично) химическое взаимодействие между остаточными газами (водяным паром, кислородом и другими газообразными веществами), с одной стороны, и накаленной вольфрамовой спиралью - с другой, приводит к быстрой потере прозрачности колбы, и лампа становится негодной как источник света. Наличие химически активных остаточных газов и паров в приборах с накаленным катодом приводит к так называемому отравлению катода, в результате которого последний теряет свои эмиссионные свойства и прибор становится непригодным для работы.

Но недостаточно одного освобождения электровакуумного прибора от химически активных газов или паров. Независимо от химического состава остаточных газов последние могут привести в негодность электровакуумный прибор по другим причинам. Например, в вакуумной лампе накаливания при достаточном напряжении на концах спирали и при давлении порядка
10^{-3 мм} .рт.ст. и выше происходит электрический пробой через остаточные газы, в результате которого концы спирали и токоподводящих электродов могут сильно разогреться и даже расплавиться, и лампа выбывает из строя. Аналогичный пробой и примерно при тех же давлениях происходит и в электронных лампах, если к положительно заряженному электроду подвести достаточно высокое напряжение по отношению к катоду. Причина пробоя заключается в том, что вследствие ионизации остаточных газов электронами, эмитируемыми накаленной спиралью или катодом, газы становятся проводником электрического тока.

Давление в вакуумном приборе может быть и недостаточным для пробоя, выводящего прибор из строя немедленно, тем не менее образующиеся при ионизации остаточных газов положительные ионы, обладая скоростями, значительно превосходящими скорости теплового движения, и устремляясь к катоду или к концу спирали, находящемуся под отрицательным потенциалом, производят хотя и относительно медленное, но все же разрушительное действие вследствие ионной бомбардировки этих деталей.

При недостаточно хорошем вакууме становятся неустойчивыми важнейшие электрические параметры электронного прибора, а наличие малейших посторонних газообразных примесей к основному газу - наполнителю - в газоразрядных приборах может сильно изменить установленный потенциал зажигания. Обращаясь, к электровакуумным приборам с холодными катодами, нетрудно убедиться в том, что и эти приборы нуждаются в тщательной откачке. Действительно, если прибор рассчитан на работу только электронов, то в нем не должны присутствовать положительные ионы в количестве, способном заметно исказить работу прибора, а это значит, что в приборе должен быть достигнут высокий вакуум. Работа газоразрядных приборов с холодными катодами будет нормальной, если в приборе будут присутствовать только определенные газы (без посторонних примесей) и при определенном давлении; наконец, для нормальной работы приборов с холодными катодами весьма большое значение имеет состояние поверхности катодов, необходимая обработка которых может быть проведена лишь в вакууме.

Опыт показывает, что в готовой вакуумной лампе накаливания давление должно быть не выше 10^-4-10^{-5 мм} .рт.ст.; в готовой электронной лампе - не выше 10^{-6 мм} .рт.ст.; электронно-лучевые трубки требуют еще более высокого вакуума. Примерно тех же порядков (не выше) должны быть парциальные давления посторонних примесей в газовой среде, которая вводится в различные газоразрядные приборы.

Сказанного достаточно, чтобы уяснить значение техники получения вакуума в производстве электровакуумных приборов и, следовательно, в производстве всей той многочисленной и разнообразной по применению аппаратуры, в которой используются электровакуумные приборы.

Однако если современная техника получения высокого вакуума зародилась и получила свое основное развитие на базе производства электровакуумных приборов, то в настоящее время с получением вакуума связаны весьма многие другие области науки и техники.

Достаточно упомянуть производство полупроводниковых приборов, вакуумную плавку металлов, спекание порошков ряда металлов в вакууме, нанесение тонких пленок на твердых поверхностях, сушку под вакуумом, вакуумную разгонку жидких и твердых веществ, пропитку различных материалов в вакууме.

Наконец, без развития техники получения высокого, а затем и сверхвысокого вакуума не были бы возможны успехи атомной и ядерной физики, приведшие к практическому использованию атомной энергии и к дальнейшему более глубокому изучению строения вещества; с достижением сверхвысокого вакуума стало возможным получение новых, очень важных практических (результатов, связанных с получением совершенно чистых поверхностей; получение сверхвысокого вакуума в специальных космических камерах облегчило изучение и освоение космоса и т. д.