Вопросы к билетам по дисциплине «Физика вакуума»

1. Взаимосвязь основных параметров вакуумной системы Sн, Sо, U (основное уравнение вакуумной техники)?

2. От каких параметров зависит давление идеального газа? Написать уравнение.

3. Распределение молекул газа по скоростям для различных температур.

4. Определение объема газа, ударяющегося в единицу времени о единицу поверхности. Для расчета каких параметров вакуумных систем он используется?

5. Что такое критерий Кнудсена и в каких расчетах его применяют?

6. Определение коэффициента покрытия поверхности адсорбированным газом для низких давлений? Дать уравнения Генри и Ленгмюра, а также графики для их пояснения.

7. Уравнение полимолекулярной адсорбции (уравнение Брунауэра - Эммета – Тейлора).

8. Как зависит объемная концентрация растворенного газа от давления и температуры (закон Фрейндлиха)?

9. Дать дифференциальное уравнение для нестационарного процесса диффузии газа в твердом теле и график распределения концентрации растворенного газа от времени при газовыделении.

10. Виды вакуумных насосов и области их рабочих давлений.

11. Типы и принципы работы механических насосов.

12. Пластинчато-роторный насос. Быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

13. Пластинчато-статорный насос. Быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

14. Золотниковый насос. Быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

15. Водокольцевой насос. Быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

16. Двухроторный насос. Быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

17. Молекулярный насос Геде. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

18. Турбомолекулярный насос. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

19. Безмасляные механические вакуумные насосы: поршневой, мембранный, перистальтический. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

20. Пароструйный диффузионный насос. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

21. Насосы с прямым и обратным диффузионным соплом. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

22. Адсорбционный насос. Принцип работы, предельное давление, быстрота действия.

23. Магниторазрядный насос. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

24. Криосорбционный насос. Принцип работы, быстрота действия, диапазон рабочих давлений.

25. Виды современных средств измерения вакуума и области их рабочих давлений.

26. Тепловые манометры. Принцип работы, диапазон рабочих давлений, причины, ограничивающие область применения.

27. Гидростатические манометры. Принцип работы. Причины, ограничивающие диапазон рабочих давлений.

28. Компрессионный манометр. Принцип работы. Причины, ограничивающие диапазон рабочих давлений.

29. Деформационные манометры. Причины, ограничивающие диапазон рабочих давлений.

30. Ионизационные манометры. Принцип работы. Причины, ограничивающие диапазон рабочих давлений.

31. Статические масс-спектрометры. Принцип работы масс-спектрометра гелиевого течеискателя.

32. Динамические масс-спектрометры. Омегатронный масс-спектрометр. Принцип работы.

33. Динамические масс-спектрометры. Времяпролетный масс-спектрометр хронотрон.

34. Методы течеискания. Сравнительная чувствительность различных методов.

35. Измерение газовых потоков и быстроты откачки в вакуумной технике. Основные принципы и расчетные формулы.

36. Вакуумные фланцевые соединения для высокого вакуума.

37. Вакуумные фланцевые соединения для сверхвысокого вакуума.

38. Вакуумные токовводы для высокого и сверхвысокого вакуума.

39. Вакуумные смотровые окна для высокого и сверхвысокого вакуума.

40. Вакуумные вводы движения для высокого вакуума.

41. Вакуумные вводы движения для сверхвысокого вакуума.

42. Виды сварных вакуумных соединений.

43. Виды паяных вакуумных соединений. Согласованные и несогласованные паяные соединения. Типы припоев.

44. Методы анализа и синтеза вакуумных систем. Проектный и проверочный расчеты вакуумной системы.

45. Определение суммарного потока газовыделения и требуемой быстроты откачки вакуумной камеры.

46. Согласование вакуумных насосов по производительности.

47. Определение проводимости вакуумных трубопроводов для молекулярного, молекулярно-вязкостного и вязкостного режимов течения газов. Показать график зависимости проводимости от давления.

48. Определение времени откачки вакуумной камеры от начального до конечного давления.

49. Определение времени откачки вакуумной камеры от начального до конечного давления с учетом явлений сорбции и десорбции газа на поверхности.

50. Какое влияние оказывает объем вредного пространства на характеристики механических насосов?

51. Для чего в объемные насосы напускают балластный газ? Как определить требуемое давление балластного газа?

52. С какой целью создают многоступенчатые механические насосы?

53. В каком диапазоне давлений работают двухроторные вакуумные насосы? В чем их преимущества по сравнению с пластничато-роторными насосами?

54. Каково назначение фракционирующего устройства пароструйных насосов?

55. Чем отличаются принципы действия молекулярного и турбомолекулярного насосов?

56. Как влияет частота вращения ротора на характеристики молекулярных насосов?

57. Какие требования предъявляют к рабочим жидкостям вакуумных насосов?

58. В чем состоит принцип ионно-сорбционной откачки? В каких случаях эффективно ее применение?

59. Какой материал используют в качестве геттера в ионно-сорбционных насосах? Какие способы распыления геттера используют в ионно-сорбционных насосах?

60. Укажите способы улучшения верхнего предела рабочих давлений магниторазрядных насосов.

61. Какие хладоагенты применяют для охлаждения заливных криосорбционных насосов? От чего зависит предельное давление криосорбционных насосов?

62. Какие типы адсорбентов находят применение в адсорбционных вакуумных насосах? Какими способами можно уменьшить предельное давление адсорбционных насосов?

63.  В чем состоит разница между абсолютными и косвенными методами измерения низких давлений?

64. Чем определяется диапазон рабочих давлений деформационных преобразователей?

65. От чего зависят нижний и верхний пределы измерения тепловых преобразователей давления?

66. Почему чувствительность ионизационных преобразователей давления зависит от рода газа?

67. В чем причины возникновения фоновых токов в ионизационных преобразователях?

68. Какие существуют способы повышения чувствительности ионизационных преобразователей?

69. Какие методы существуют для определения быстроты откачки вакуумных насосов?

70. Сравните преимущества и недостатки статических и динамических масс-спектрометрических газоанализаторов?

71. Какие существуют методы градуировки измерителей общего давления?

72. Как уменьшить время откачки вакуумной камеры, на стенках которой адсорбированы пары воды?

73. Какие характеристики вакуумной системы влияют на скорость десорбционного газовыделения?

74. Как зависит проводимость трубопровода от его геометрических параметров при различных режимах течения газа?

75. Каковы условия совместной работы последовательно включенных вакуумных насосов?

76. Из каких основных этапов состоит проектировочный расчет вакуумной системы?

77. Какие спаи металла со стеклом называются согласованными?

78. Какие способы компенсации внутренних напряжений применяются в случае несогласованных спаев металла со стеклом и керамикой?

79. Какие припои применяют для мягкой пайки?

80. Какие припои применяют для твердой пайки?

81. Для каких целей в вакуумной технике используется сплав, называемый коваром?

82. Какие способы сварки используются в вакуумной технике? Их достоинства и недостатки.

83. Какой тип вакуумных соединений допускает большое количество сборок и разборок?

84. Покажите схемы разъемных цельнометаллических соединений. Их достоинства и недостатки.

85. Какой тип ввода вращения целесообразно применять для передачи в прогреваемую вакуумную камеру малых крутящих моментов при большой частоте вращения?

86. Предложите тип ввода вращения, обеспечивающего высокую кинематическую жесткость?

87. Какой вид нагрузки особенно опасен для сильфонных соединений?

88. Какой тип запирающего устройства чаще всего используется в натекателях?

89.  Покажите схемы уплотнительных элементов в цельнометаллических клапанах. Их достоинства и недостатки.

Примеры задач:

1. (1-й закон Фика) Дано: Сильфон со следующими параметрами: D = 63мм; d = 55 мм; z = 0,2 мм; L = 88,5 мм; Материал: 12Х18Н10Т; T = 293K; П₀=1,4 ·10^-4 Па^1/2м²/c; Q_п=8,04 ·10⁴Дж/моль (для H₂ в стали 12Х18Н10Т); R=8.31Дж/моль·К; j=2; площадь поверхности сильфона A_c=0,062м².

Найти: Поток газопроницаемости Qп через сильфон для температуры T.

2. (1-й закон Фика) Дано: Сильфон со следующими параметрами: D = 63мм; d = 55 мм; z = 0,2 мм; L = 88,5 мм; Материал: 12Х18Н10Т; T = 693K; П₀=1,4 ·10^-4 Па^1/2м²/c; Q_п=8,04 ·10⁴Дж/моль (для H₂ в стали 12Х18Н10Т); R=8.31Дж/моль·К; j=2; площадь поверхности сильфона A_c=0,062м².

Найти: Поток газопроницаемости Qп через сильфон для температуры T.

3. Дано: Объем камеры – 10 л (10^{-2 м3});

So=5л/с (для насоса 2НВР-5ДM);

P_o = 10⁵ Па; P_K = 10¹ Па; Р' = 1,3×10^-2 Па.

Найти: Время откачки вакуумной камеры t_o.

4. Дано: Воздух имеет нормальную температуру (М = 29; Т = 293 К) и скорость молекул газа v_a = 462,5 м/с;

Найти: Объем газа, ударяющегося в единицу времени о единицу поверхности.

5. Дано: Воздух имеет нормальную температуру (М = 29; Т = 293 К); Атмосферное давление P = 10⁵ Па.

Найти: Длину свободного пробега молекул газа.

6. Дано: Воздух имеет температуру (М = 29; Т = 293 К); Давление газа Р = 10¹ Па (для механического насоса).

Найти: Длину свободного пробега молекул газа.

7. Дано: Газ имеет температуру (М = 29; Т = 293 К); Давление газа Р = 10^-4 Па (в космосе на высоте 150 км).

Найти: Длину свободного пробега молекул газа.