Вакуум

ВАКУУМ (от латинского vacuum - пустота), среда, представляющая собой газ при давлении существенно ниже атмосферного. Понятие «вакуума» применяется обычно к газу в замкнутом сосуде, но нередко оно распространяется и на газ в свободном пространстве, например в космосе.

Физические процессы в вакууме зависят от соотношения между средней длиной свободного пробега λ частиц газа (молекул, атомов) и размером d, характерным для конкретного процесса или прибора (расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами и т.п.). В зависимости от величины отношения λ/d различают вакуум низкий (λ/d << 1), средний (λ/d ≈ 1) и высокий (λ/d >> 1). Обычно в вакуумных установках и приборах (с d ≈ 10 см) низкому вакууму соответствует давление р > 10² Па, среднему - от 10² до 10^-1 Па, высокому - от 10^-1 до 10^-6 Па. Существует также понятие сверхвысокого вакуума (р < 10^-6 Па), которое связано не с величиной отношения λ/d, а с временем х, необходимым для образования мономолекулярного слоя газа на поверхности твёрдого тела, помещённого в вакуум. Величина τ обратно пропорциональна давлению р. При р < 10^-6 Па τ может превышать несколько десятков секунд.

В низком вакууме свойства газа определяются частыми столкновениями между частицами, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течения газа в низком вакууме носят вязкостный характер, а явления переноса (теплопроводность, диффузия, внутреннее трение) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. При этом переносимое количество теплоты или вещества не зависит от давления. При прохождении электрического тока в низком вакууме определяющую роль играет ионизация молекул (или атомов) газа в пространстве между электродами.

В высоком вакууме свойства газа определяются столкновениями частиц со стенками. Между этими соударениями частицы движутся прямолинейно, не сталкиваясь друг с другом (молекулярный режим течения). Явления переноса характеризуются возникновением скачка градиента переносимой величины на стенках. Количество переносимой теплоты или вещества прямо пропорционально давлению. Прохождение тока в высоком вакууме возможно в результате испускания (эмиссии) электронов и ионов электродами. Ионизация молекул (или атомов) газа в высоком вакууме имеет существенное значение только в тех случаях, когда длина свободного пробега заряженных частиц становится значительно больше расстояния между электродами (например, при движении заряженных частиц по сложным траекториям в магнитном поле). Свойства газа в среднем вакууме являются промежуточными между его свойствами в низком и высоком вакууме.

Вакуум является рабочей средой во многих электронных приборах и устройствах. Для создания вакуума в таких приборах производят откачку газа из рабочего объёма (смотри Вакуумный насос), для поддержания вакуума в приборах предусмотрены специальные газопоглотители (геттеры). Давление газа в вакууме измеряется с помощью вакуумметра. Вакуум используется в качестве технологической среды при очистке веществ от примесей, выращивании кристаллов, напылении плёнок и др.

Лит.: Основы вакуумной техники. 2-е изд. М., 1981 /Розанов Л. Н. Вакуумная техника. 2-е изд. М., 1990.