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极高真空技术的应用
发布时间:2014/10/28 浏览:1905 次

  运用极高真空技术,可能获得10 ^-IOPa以下的压力,在此环境中,气体分子非常稀薄,分子密度小于104个/cm3,分子平均自由程大于108ni,气体分子的碰壁数减小到108/cm2。s。

  由于极高真空环境具有极低压力和极清洁的特性,它被虚用到许多科学和技术领域中去。然而极高真空度不但很难获得和测量,而且制造成本和运行成本非常昂贵,使得该项技术的应用受到很大限制,目前仅应用在高新尖端技术领域中。

  ①高能粒子加速器。高能粒子加速器一般采用分段同步加速的方法。为了把粒子加速到很高能量,需要粒子在真空管道中不断做加速运动,粒子在真空管道中运动的路程愈长,被加速粒子所得到的能量愈高。在正、负质子,正、负电子对撞加速器中,不同电荷的正、负质子及电子沿相反方向在加速束流管道中做循环运动。

  为了增加正、负粒子对撞的反应概率,要求粒子束长时间的贮存积累,达到对撞时所需要的束流强度。粒子长时间或长路程的在加速束流管道中作被加速运动时,如果和加速束流管道中的粒子和空间残余的气体分子发生碰撞,会减小束流强度。

  一般正、负电子对撞机要求压力10^-8 -10 ^-9Pa,正、负质子对撞机加速器要求压力10^ - 10 Pa以下。我国北京高能物理所的正、负电子对撞加速器及兰州近代物理所的重离子加速器(冷却环)的束流管道的真空度到10^ -9Pa。

  欧洲联合核子研究中心(CDRN)建造的正、负质子定义贮存环加速器真空度优于10^-lOPa。

  ②分子束外延技术用来生长极纯半导体单品材料。半导体晶体材料的光电性能对外来杂质分子极为敏感。在单晶生长过程中,除材料本身要求纯度高外,在制造过程中,不要引入环境的杂质分子,因而要在极高真空环境下生长晶体。分子束外延设备中晶体生长室的压力在10 ^-9Pa。当然压力更低些最好。

  这样低的压力条件在地面很难实现。科学家又提出了利用太空清洁环境生长极纯材料的思想。

  利用近地球轨道分子屏技术,可以实现10^ -llPa的极高真空环境。我们提出的可变翼轨道分子屏的设计,可以在近地球轨道获得10^ -12Pa的轨道分子屏空间实验室。

  美国科学家利用航天飞机进行了5次空间GaAs晶体外延生长实验,就是应用轨道分子屏技术,取得了满意的结果。

  ③在航天技术领域也开始应用极高真空技术。远离地球的深远宇宙太空处于极高真空状态。该环境不断和航天器发生相互作用,产生一些地面环境不能发生的效应和问题。

  使航天器出现故障,降低航天器的可靠性。在极高真空中气体分子的碰壁数很小。

  航天器表面的气体不断放出,表面愈来愈清洁。几乎成为没有吸附气体分子的超清洁表面。两个超清洁表面接触在一起,经过加压,在不加热的情况下可以发生粘着,焊接现象,叫做“冷焊”。

  对于活动部件来说,摩擦系数变大,甚至粘着、焊*。为消除此类机械故障,人们需要预先在地面进行模拟试验,采取防范措施。

  但由于极高真空度仅为10^-9Pa。尚不能真实地模拟宇宙深空环境。随着极高真空技术的发展,应用极高真空技术的领域将会不断地扩展。

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