Эффект изменения быстроты откачки камеры объемом 1 м³ в зависимости от величины Q1 представлен на рис. 7.2 штриховыми линиями. Время, затрачиваемое на откачку системы, все еще невелико, но предельно достижимое давление существенно зависит от величины Q1. Откуда следует, что поток газа Q1 необходимо по возможности снижать.

Возвращаясь к рассмотренному примеру, предположим, что используемый высоковакуумный насос обладает быстротой действия 0,25 м³с^-1, а поток газа Q1 определяется только газовыделением со стенок камеры.

В случае ненагреваемой системы скорость газовыделения можно принять равной 10~4 Па-м3-• с-1-м-2, так что для площади внутренней поверхности камеры 0,52 м2 имеем Q, = 0,52*10^-4 Па*м³с^-1 и р_пред = 2*10^-4 Па. В случае тщательно обезгаженных систем скорость десорбции снижается до 10^-10 Па*м³-с^-1-м^-2, и тогда р_пред = 2* 10^-10 Па. Следовательно, время откачки для достижения этого давления зависит от того, насколько быстро снижается скорость газовыделения. Таким образом, время, необходимое для достижения сверхвысокого вакуума, зависит от времени, требуемого для соответствующего снижения скорости газовыделения из стенок вакуумной камеры и остальных элементов системы.

(7.7)

где ?_о — константа, E — энергия связи между молекулами газа и поверхностью.

В случае физической адсорбции величина E составляет около 12 кДж/моль, поэтому время десорбции изменяется от 160то (при комнатной температуре) до 8то (при 450°С). В случае хемосорбции величина энергии связи обычно значительно выше, порядка 210 кДж/моль, так что т изменяется от 1036 до 1015. то в том же температурном интервале. Получаемая из теоретических оценок величина т0 составляет около 10^-13 с, по экспериментальным данным ?₀ значительно больше. Если газ адсорбирован по физическому механизму, то процесс его десорбции протекает довольно быстро (вероятнее всего, минуты, а не часы) (см. рис. 1.4). В случае же хемосорбции, например на слое оксида, время десорбции значительно увеличивается и нагревание поверхности до 450 ⁰C становится важным.

После удаления поверхностного газа возникает проблема удаления газа, абсорбированного компонентами системы. Скорость газовыделения из единичного объема с поверхности единичной площади полубесконечной стенки, обращенной к вакууму, равна

(7.8)

где C₀ — начальная концентрация газа, растворенного в материале, a D — коэффициент диффузии, зависящий от температуры. Порядок величин C0 и D можно оценить из следующих примеров: коэффициент диффузии водорода в железе при комнатной температуре составляет около 10^-13 м2-с-1, а при 45O ⁰C — около 10^-8 м²*с^-1, для азота соответственно 10^-35 и 10^-16 м²*с^-1; начальная концентрация воздуха, растворенного в необработанном металлическом материале, может составлять 100% от объема материала при нормальных условиях или 105 Па-м3-м-3. Как уже отмечалось, уравнение (7.8) было получено для полубесконечной стенки. В случае конечной стенки

заданной толщины, одна поверхность которой граничит с вакуумом, а другая — с атмосферным воздухом, уравнение принимает более сложный вид. Однако можно рассмотреть приближенный случай, когда газ диффундирует из полубесконечной стенки с глубины d. В этом случае уравнение (7.8) принимает вид

(7.9)

Предполагая толщину стенок вакуумного колокола в рассмотренном примере равной 2,5 мм и используя значения D и Со, приведенные выше, получим, что скорость выделения азота даже в первые несколько секунд должна быть меньше, чем 10^-10 Па-м3•c-''2-м-2, т. е. довольно малой, тогда как скорость выделения водорода на 11 порядков выше полученной величины и составляет 10 Па* м³ • с^-1м^-2.