فراتر از زمین

                                                                 بخش اول: خلاء                                                                            خلاء به محیطی گفته می‌شود که چگالی ذره‌های (اتمها و مولکولهای) موجود در آن کمتر از محیط جو است. خلاء را با توجه به تعداد ذراتی که در واحد حجم دارد، به خلاء عادی، خلاء متوسط، خلاء بالا، خلاء خیلی بالا و خلاء بینهایت تقسیم بندی می‌کنند. برای اینکه تشخیص دهیم چه نوع خلائی داریم، تعداد مولکولها را اندازه نمی‌گیریم، بلکه کمیتی را که معمولاً اندازه گیری می‌کنیم، فشار گاز است. بر اساس فشار می توان تعداد مولکولها در واحد حجم را نیز تعیین کرد. به عبارت دیگر می توان خلاء را بر اساس فشار تعریف کرد. که خلاء به محیطی گفته می‌شود که فشار آن از فشار اتمسفر کمتر باشد و بر اساس فشاری که دارد به خلاء عادی، متوسط و غیره تقسیم بندی می‌شود.

مشخصات خلأء

کلمه خلأ عموماً به ناحیه ای از فضا که فشار آن کمتر از ۷۶۰ تور باشد، اطلاق می‌شود. تور یکی از واحدهای فشار و تقریباً معادل یک میلیمتر جیوه‌است. هدف اصلی فن آوری خلأ کاهش چگالی ذرات خارجی، شامل اتم‌ها یا مولکول‌ها، یا ذرات دیگر در یک حجم مشخص است. این ذرات خارجی عبارتند از:

-۱ بخار حاصل از چشمه مواد

-۲ گازهای موجود در هوای داخل محفظه که عمدتاً شامل نیتروژن و اکسیژن، بخار آب (که از راه هوا جذب می‌شود)، هیدروژن، مونوکسیدکربن و دی اکسید کربن می‌باشند.

-۳ گازهایی که بواسطه عدم درزبندی درست و در اثر نشتی حاصل از آن از طریق دیواره‌ها وارد سیستم می‌شوند.

-۴ گاز حاصل از فشار بخار مواد

-۵ گازهای جذب شده در داخل مثلاً بدنه استیل که بعد از پولیش کردن بدنه و یا پخت محفظه خارج می‌شوند.

لازم به ذکر است که دفع گاز با دمای داخل محفظه خلأ متناسب است و با بالا بردن دمای محفظه، دفع گاز با سرعت بیشتری انجام شده و پس از گذشت زمان مشخص به یک مقدار ماکزیمم رسیده و در ادامه به آهستگی کاهش می‌یابد. فرآیند پخت جهت دفع هر چه بیشتر و زودتر گازها از بدنه تجهیزات انجام می‌شود و بسته به خواص آن در دماهای مختلفی صورت می‌گیرد. جهت گاززدایی هر چه سریعتر از سطوح تجهیزات می توان فرآیند پخت را در دماهای بالاتر و فشارهای پایین تر انجام داد. در شرایط خلأ می توان قانون گاز کامل(ایده آل) که بیانگر ارتباط بین فشار(P) دما (T) و حجم محفظه (V) است را مورد استفاده قرار داد: PV=nRT که در آن P فشار داخلی سیستم، V حجم سیستم، n تعداد مول‌های ذرات سیستم، R ثابت جهانی گازها و T دمای سیستم با یکای کلوین است. مولکول های تشکیل دهنده گاز در مسیرهای مستقیم و به صورت کاتوره ای حرکت کرده و با مولکول های دیگر و یا دیواره های ظرفی که درآن قرار دارند برخورد می‌کنند. برای تشریح خلأ، علاوه بر کمیت فشار، از کمیت های دیگر نیز استفاده می‌شود. یکی از مهم ترین آنها کمیت مسیر پویش آزاد میانگین(MFP) است که بوسیله آن می توان ارزیابی بهتری در خصوص تعداد ذرات در واحد حجم مورد نظر ارائه داد و به صورت زیر تعریف می‌شود: مسیر پویش آزاد میانگین مولکولی، که با حرفλ نشان داده می‌شود، میانگین فاصله ای است که یک مولکول در بین دو برخورد متوالی بامولکول های دیگر طی می‌کند.

محفظه خلأء

می‌باشد که به عنوان قسمت اصلی یک سیستم لایه (Chamber) برای نگهداشتن خلأ، نیاز به یک محفظه مخصوص موسوم به محفظه خلأ نشانی محسوب شده و تجهیزات متعددی را در برگرفته و خلأ بدست آمده را از محیط بیرون جدا می‌کند. محفظه خلأ معمولاً از موادی مانند استیل زنگ نزن و یا شیشه پیرکس ساخته می‌شود. از مهمترین دلایلی که از استیل زنگ نزن یا شیشه پیرکس جهت ساختن بدنه محفظه خلأ استفاده کنند می توان به موارد زیر اشاره کرد: -۱ زنگ نمی‌زنند. -۲ به آسانی تمیز می‌شوند. -۳ خاصیت غیرمغناطیسی دارند. -۴ خواص گاززدایی خوبی دارند.

در این بین استیل زنگ نزن به دلیل برخورداری از استحکام زیاد (حتی در دما و خلأ خیلی زیاد)، قابلیت جوشکاری و تراشکاری آسان، برای سیستم های بزرگ ترجیح داده می‌شود.

پمپ ها

برای خروج گازها و بخارهای داخل محفظه و در نتیجه ایجاد خلأ، از وسیله ای به نام پمپ خلأ استفاده می‌شود، اساس کار این پمپ‌ها معمولا به دو صورت انجام می‌شود:

۱.پمپ های تراکمی که اساس کار آنها جدا کردن ذرات از داخل محفظه، متراکم کردن و هدایت آنها به محیط بیرون است. پمپ های روتاری (چرخشی) از جمله این پمپ‌ها هستند.

2. پمپ های تله ای (Entrapment) که با ایجاد تله به شکل های مختلف مانند تله سرما، موجب چگالش ذرات روی بدنه فلزی می‌شوند. کرایو پمپ‌ها (پمپ‌ها سرمایشی) از این دسته‌اند.

در شناسایی پمپ های خلأ فاکتورهای متعددی وجود دارد که در بین آنها دو فاکتور زیر مهمترند:

۱. آهنگ پمپاژ پمپ

۲.خلأ نهایی قابل دسترس توسط پمپ

این ویژگی‌ها معمولاً در یک نمودار که به نمودار عملکرد معروف است، نشان داده می‌شود. فشار سنج مانند هر کمیت دیگر از قبیل دما، سرعت و مسافت، کمیت فشار نیز می‌بایست قابل کنترل و یا به عبارتی دیگر قابل اندازه گیری باشد. وسیله ای که با آن بتوان مقدار فشار را در داخل محفظه مشخص اندازه گیری نمود، فشار سنج نام دارد. امروزه فشار سنج‌ها بنا به نوع کاربرد دقت مورد نظر و محدوده فشار به شکل های مختلف ساخته می‌ شود                                   اطلاعات جمع آوری شده توسط ایمان رنجبر