Вакуумный практикум

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
 «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

И. Г.  ИВАНОВ

ВАКУУМНЫЙ 

ПРАКТИКУМ

учебно-методическое 
пособие

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2009

УДК 22.63
ББК 22.3

УДК 22.63
ББК 22.3
       И 20
        

Иванов И. Г.
Вакуумный практикум: учебно-методическое пособибие / И. Г. Иванов. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2009. – 56 с.
ISBN 978-5-9275-0604-0
В пособии дается описание лабораторных работ практикума 
по физическим основам вакуумной техники, при выполнении которого студенты знакомятся с кинетикой различных молекулярных процессов в вакууме, с основными принципами получения 
и измерения малых давлений, а также основными принципами 
вакуумной тонкопленочной технологии. Рекомендуется в качестве 
методического руководства для студентов 2–3 курсов физических 
специальностей. 

© Иванов И. Г.,  2009
© Южный федеральный университет,  2009
©  Оформление. Макет. Издательство 
    Южного федерального университета,  2009

И 20

ISBN 978-5-9275-0604-0

Учебное пособие подготовлено и издано в рамках 
национального проекта «Образование» 
по «Программе развития федерального государственного 
образовательного учреждения 
высшего профессионального образования 
“Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг.»

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южного федерального университета

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ....................................................................................................
4

Лабораторная работа № 1 .........................................................................
Контрольные вопросы (тест) ........................................................
5
12

Лабораторная работа № 2 .........................................................................
Контрольные вопросы (тест) ........................................................
14
22

Лабораторная работа № 3 .........................................................................
Контрольные вопросы (тест) ........................................................
24
31

Лабораторная работа № 4 .........................................................................
Контрольные вопросы (тест) ........................................................
33
38

Лабораторная работа № 5 .........................................................................
Контрольные вопросы (тест) ........................................................
40
49

Правильные ответы к тестам ...................................................................
50

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА .......................................................
51

Приложение. Условные обозначения элементов вакуумных систем, 
применяемые на схемах и чертежах ........................................................
52

ВВЕДЕНИЕ

Современная вакуумная техника позволяет получать и измерять давления от 105 Паскалей (атмосферного) до 10–13 Паскаля (на 18 порядков ниже 
атмосферного), что определяет ее широчайшее использование как в физическом эксперименте, так и в многочисленных научно-технических приложениях. 
В настоящем пособии дается описание лабораторных работ Практикума по физическим основам вакуумной техники, в котором студенту дается 
представление о кинетике различных молекулярных процессов в вакууме, 
об основных принципах получения и измерения малых давлений, а также 
основных принципах вакуумной тонкопленочной технологии. Все работы 
выполняются на модернизированных лабораторных установках с использованием новых методик измерений.
Рекомендуется в качестве методического руководства при выполнении:
 – в рамках Физпрактикума (модуль 6) – «Вакуумного практикума» –
лабораторного практикума (лабораторные работы № 1–5) по физическим 
основам вакуумной техники для студентов 2 курса дневного отделения Физического факультета специальностей: физика, радиофизика и электроника; 
– лабораторного практикума по вакуумной и плазменной электронике 
(лабораторные работы № 1, 2, 5) для студентов 3 курса дневного отделения 
специальности микроэлектроника и твердотельная электроника; 
– лабораторного спецпрактикума по вакуумной и плазменной электронике (лабораторные работы № 1–5) для студентов 3 курса дневного отделения специальности фотоника и оптоинформатика. 

Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ  ГАЗОРАЗРЯДНЫХ  МЕТОДОВ 
ПОИСКА ТЕЧИ  
В  ВАКУУМНЫХ  СИСТЕМАХ

1.1. Цель работы:
Знакомство с теорией и техникой получения вакуума, методами течеискания и методами измерения малых давлений, используемыми в физическом эксперименте.
1.2. Перед выполнением работы необходимо:
– изучить способы получения вакуума: принцип действия и типы вакуумных насосов, вакуумных кранов (Литература [1] – с. 9–20, [2] – с. 79–136, 
[3]– с. 60–105, 177–182 );
– познакомиться с различными методами течеискания ( [1] – с. 30–32, 
[2] – с. 178–185, [3] – с. 190–202);
– познакомиться с принципом действия манометров различных типов, в 
том числе тепловых ([1] – с. 20–30, [2] – с. 136–155, [3] – с. 106–147).
1.3. Отчет по работе должен содержать:
– название и цель лабораторной работы;
– схему лабораторной установки;
– перечисление и краткую характеристику использованных в работе методов поиска течей.
1.4. Краткий обзор методов поиска течи в вакуумных системах
Известны следующие методы течеискания:
 – опрессовка – создание в проверяемом объеме избыточного давления 
газа и отыскание течи по выходу газа при погружении объема в жидкость, 
либо при нанесении пенящейся жидкости и др.;
 – манометрические методы – реализуются путем контроля за величиной давления в объеме:
 – при откачке (регистрируется предельный вакуум без– и при смачивании места течи легколетучей жидкостью, или сравнивается предельный 
вакуум в объеме и вакуум, который может создать насос ),
 – при натекании газа в отсеченную от насоса установку (измеряется 
скорость роста давления в установке при присоединенном и отключенном 
испытываемом объеме);
 – в газоаналитических методах производится качественный анализ 
воздуха, поступающего через течь в вакуум, на наличие в нем пробного 
газа. Индикаторами пробного газа могут служить: газоразрядная трубка 
(выявляется наличие в спектре линий излучения пробного газа); масс–спек

трометр (так называемый «гелиевый» течеискатель, пробный газ–гелий), 
а также индикаторы водорода и галогеносодержащего пробного газа (водородный и галогенный методы);
 – в газоразрядных методах для поиска течи только в стеклянных, кварцевых и др. неметаллических оболочках используются искровые течеискатели.
1.5. Схема лабораторной установки 

Рис. 1.1. Схема экспериментальной установки

Обозначения, использованные на схеме (рис. 1.1): ФН – объемно–механический ротационный (форвакуумный) насос, ТМ – датчик теплового 
термопарного манометра–вакуумметра (ПМТ-2), ВТ – вакуумметр термопарный (ВТ-2, ВТ-3 или ВИТ) (схема питания и регистрации для ТМ), 
К1–К3 – вакуумные трехходовые краны. Краном К1 к системе может быть 
подключен либо форвакуумный насос ФН, либо насос другого типа. Кран 
К2 предназначен для пуска атмосферного воздуха во входной патрубок ФН 
после его останова при выключении установки (при откачке форвакуумным 
насосом кран К2 находится в нейтральном положении); кран К3 – «раздаточный», с его помощью проверяемый объем может подключаться к системе; ПО – проверяемый на наличие течи объем, ИТ – искровой течеискатель, 
ГРТ – газоразрядная трубка.
В данной работе используется тепловой «термопарный» манометр–
вакуумметр. Его электрическая схема показана на рис. 1.2. Датчик термопарного манометра содержит нить 1, нагреваемую током от выпрямителя и 
соединенную с термопарой 2, предназначенной для контроля температуры