Что такое сверхвысокий вакуум?

Сверхвысокий вакуум относится к давлениям ниже 10 ^{-7 паскалей} или 100 нанопаскалей (одна десятая миллионная часть паскаля). Для сравнения, атмосферное давление составляет 101,3 кПа (килопаскаль), более чем в миллиард раз больше, давление внутри лампочки составляет около 1 паскаля, а давление в стенках термоса составляет около 0,1 паскаля. Даже космическое пространство в области вокруг Земли не является сверхвысоким вакуумом, поскольку оно имеет давление около 100 микропаскалей, в тысячу раз больше, чем в сверхвысоком вакууме. В сверхвысоком вакууме длина свободного пробега каждой молекулы газа составляет 40 км, поэтому эти молекулы многократно сталкиваются со стенками своей камеры, а затем сталкиваются друг с другом.

Сверхвысокий вакуум в основном используется для поверхностных аналитических методов, таких как оже-электронная спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия, термодесорбционная спектроскопия, фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением и методы выращивания тонких пленок, требующие высокой чистоты, такие как молекулярные лучевая эпитаксия и СВЧ химическое осаждение из паровой фазы. Сверхвысокий вакуум также используется в ускорителях частиц для создания пустой траектории пучка.

Создание сверхвысокого вакуума требует чрезвычайных мер. Специальная конструкция камеры сводит к минимуму площадь поверхности, необходимо использовать высокоскоростные насосы, в том числе параллельные, трубопроводы с высокой проводимостью для насосов, необходимо удалять ямы с уловленным газом (как в резьбе болтов), стенки камеры должны охлаждаться до криогенных температур Во избежание сублимации газов, попавших в наноскопические карманы, все металлические детали должны быть электрополированы, должны использоваться материалы с низким выделением газа, такие как нержавеющая сталь, и система должна подвергаться обжигу при температуре от 250 до 400 ° C (от 482 до 752 ° F). F) удалить следы углеводородов или воды. Дегазация - медленное проникновение молекул газа через крошечные трещины в камере - может быть серьезной проблемой. Некоторые камеры могут быть неспособны создавать сверхвысокий вакуум из-за способа, которым они были изготовлены, и оборудование должно быть выброшено и заменено. По всем этим причинам достижение сверхвысокого вакуума может быть дорогим и трудным.

Хотя сверхвысокий вакуум может показаться экстремальным, в некоторых средах вакуум еще лучше, включая поверхность Луны и межзвездное пространство. Некоторые области пространства, такие как пустота Boötes, настолько разрежены, что есть только один атом на кубический метр.