2009 20010 lezione 3 land [modalità compatibilità]ciullo/Dottorato/2009_20010_lezione_3_land_2pg.pdf · Microsoft PowerPoint - 2009_20010_lezione_3_land [modalità compatibilità]

Contributi alla portata

S

QePP i

it

V

S

0 vaporeditensionegas

ff.desorb./didagas

perdite

V

D

L

Q

Q

Q

Sepermeaziondagas

pg

p

V

Q

Q

• 2’• 110 gg

AA 2009/2010 Tecnologia del Vuoto per PhD

110 gg

• 3.2 105 aa

Superfici RealiSuperfici Reali

• Superfici ideali – urti elastici:Superfici reali: sorption– Superfici reali: sorption

physisorption

Ad ti f l • Adsorption one or few monolayergas on the surface of the solid chemisorption

• Absorption

gas enters in the bulk solid and diffuse.


Desorption PhenomenaDesorption Phenomena

• Material under vacuum desorbs the gas ad or ab sorbedad- or ab- sorbed.

Desorption= f(P, T, shape, kind, surface).Desorption f(P, T, shape, kind, surface).• P-rate of desorption increases over –

decreases below the equilibrium.

• T desorption is endothermic accelerated• T – desorption is endothermic, accelerated incrising T.

• Shape: If ad-sorbed only the surface influence

If b b d l h 3th di iIf ab-sorbed also the 3th dimension


Desorption Phenomena

Physisorption purely “physical”:V d W l i l l fVan der Waals, intermolecular forces(heat of Physisorption max 8 kcal/mole)H t t d th iHeat generated = exothermic process.

Chemisorption – chemical compounds:

(heat of chemisorption ~ 250 kcal/mole)Heat generated =exothermic process.


Inert gases cannot be chemisorbed, on physi-sorption.g , p y p

Molecules may dissociate and be chemisorbed like atoms.Atoms may migrate on over the surface, collide recombineand desorb as a molecule.This we already mentioned like 2nd order desorption


This we already mentioned like 2 order desorption

Soprtion by absorbentsp

• Activated Charcoal, Zeolites (molecular sieves) silica gel and alluminasieves), silica gel and allumina.

• Used as pumping system (or in cryo-Used as pumping system (or in cryopump).

• Adsorption and the diffusion in the b lk t i lbulk material.

• Similar to permeation but without• Similar to permeation, but without desoption surface.p f


Outgassing=result of desorptionOutgassing result of desorption

• Outgassing = rate of gas emanating from surface per unit areafrom surface per unit area

• Torr l s-1 cm-2 or W m-2Torr l s cm or W mComplicated process described by the following

outgassing at h our and 1 h

empirical formula

huh tqqq 1outgassing at h our and 1 h

qu limiting factor negliglible unless th very large


Outgassing – bakeout

Beginning: largeHeating accelerates:D ti h i d h i

g g g

Few minute an then: less,0 5 1

Desorption physi and chemiDiffusion

0.5 -1.After long pumping time> 10 h, outgassing rate fallExponentially with time till qu.

With heating the outgassingWith heating the outgassingincreases, but coming back to room temperature it falls rapidlyroom temperature it falls rapidly down.


Con situazioni reali:Descrizione teorica complessa, ricoprimento di più monostrati, energia di

legame diverse dipendenza dalla percentuale di superficie ricopertalegame diverse,dipendenza dalla percentuale di superficie ricoperta.

Valori tabulati dal O’Hanlon dati in W/m2

1

1t

qq

q =portata per unità di area

Relazione temporale1t

q

per le prime 10 h

10

1010 t

qq

Utilizzando I valori tabulati per unità si superficie e stimando la superficie del

Relazione temporale dopo 10 h

Utilizzando I valori tabulati per unità si superficie e stimando la superficie del sistema utilizzato, si stima il contributo alla portata della camera.

Nel caso di utilizzo di materiale diversi si dovrebbe stimare il contributo per ogni materiale.


Portata/A per vari materiali


qu dei vari materiali


outgassing M-spectrag g p



At last - permeationThroughput/A non dissociative gases

d

PKq p

k d

12sm pK p

PPK 2/11

2/12

dissociative gases

d

PPKq p

k12

121/2 121/2 smPa pK


Polymeric material -sealing


Esempio 1.1 - continuaCamera Cubo in acciao inoxAtt QMA t b CF40Attacco QMA tubo CF40 Lungo 200 mm e diametro 38 mm.QMA rod in acciaio, Q ,cerimiche, vitine varie ecc. ecc.

Stimate la pressione limiteStimate la pressione limiteRaggiungibile Pu nel caso di acciaio ino 1 hdi acciaio inox 1 h.Stimate la pressione limitePer l’acciox inox cotto.Utilizzate i dati evidenziati


in giallo

Pompa di UHV• I sistemi possono essere usati per fare trattamenti con gas.

N 68 l/inlet

N2 68 l/s

He 60 l/sHe 60 l/s

H2 45 l/s2

tl toutlet

Qual è la max P inlet che può sopportare la turbo?Qual è la max Pmax inlet, che può sopportare la turbo?

Qual è quindi la massima portata Qmax iniettabile nel sistema?


Q q p Qmax

Dimensionare il prevuotop• Dimensionare la pompa di prevuoto

Pout/ Pin

– Sp.richiesta per sostenere la portata– e una P<Pout della Pompa UHV – conduttanza di connessione, DN16KF,

– diametro 1 6 cm lunghezza 30 cm

– La Qmax sarà evacuata dalla pompa di prevuoto, che deve fornire una pressione non superiore a 1 mbar


– diametro 1.6 cm lunghezza 30 cm. pressione non superiore a 1 mbar outlet della turbo.

Sistemi stazionari: carico distribuitoBdxqdQ D )(:attraverso dPLCQdxQ )( : attraverso dPdxCQdxQ

22/ :)( dxPdCLdxdQdxd

BqPdD

21kxCL

Bqd

dPD

CLq

dxD

21CLdx

:Lper x contorno al condizione 1

CBqxCL

BqdPDD

CBqkdxdP DL 10 CxCLdx

222 kxCBqxCLBqP DD

20 :0per x

contorno al condizione Seconda

kSBLqP pD CSLBqP

CLxCxSLBqP

pDL

pD

21

;22

q pDL

CBLqPP

CLxCxBqPPP Dx

2

220

La variazione di Pressione,

di d d S


CBLqPP DL 20 non dipende da S

Pompaggio distribuitoPompaggio distribuito• La caduta di pressione è indipendente da Sp.

Soluzione: LSoluzione: )( : attraverso dPdxLCQdxQ

CLBq

dx

PdD

2

2

dx

2S 2S2Lx x+dx

xQ s m Pa portata )( -13 BqdxdQ

ddPQ )(

CLcsc

q(x)A

mspecificaaconduttanz

mA l di unitàper superficie

s m Pa per outgassing

14

1- dxdPcxQ )(

22 dxPdcBq CLcsc m specifica aconduttanz

SQP

dxdP Lx

2)0()0(

0

contornoalCondizioni

AA 2008/2009 Ciullo Giuseppe Lab di rivelatori LS

BqLQ

SQP

2)0(

2)0()0(contornoal Condizioni

Pompaggio distribuito

LxLx

BqxP2

)(2

p gg

Sc

BqxP2

)(

LL

BqdxxPPL

)(1 22

ScBqdxxP

LP ave 3

)(2 0

LBqP max

S

qmax

S

L

C

LBq

S

L

c

LBqP

33

2

min

C

LBq

c

LBqP

S

33

2

min

SCSc 33

Cc 33

Si può ottenere un sistema con una pressione più omogenea e con l’utilizzo di sistemi di pompaggio appropriati.di sistemi di pompaggio appropriati.Alle fine il limite è fornito dal tipo materiale e trattamento (q) e dalla geometria del sistema (vedi acceleratori).

i h ll ll i i d d ll di l

AA 2008/2009 Ciullo Giuseppe Lab di rivelatori LS

Ma si ha un controllo sulla pressione massima a seconda della distanza tra le pompe e la conduttanza.

Tabella delle conduttanze

• Per regime di flusso....

V ifi h i it l ità• Verificheremo in seguito la necessità sulla precisione.sulla precisione.

• Per altre forme fornirò formule o ci f f faccontenteremo di approssimazioni tipo t b ili d i ffi tttubo cilindrico, come per soffietto.


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