Растворение газа в металле происходит главным образом в процессе его плавки и, следовательно, концентрация абсорбированного водорода будет значительно ниже, чем, например, кислорода. В общем, величины скоростей газовыделения из металла, вероятно, находятся где-то посередине между приведенными выше предельными скоростями выделения азота и водорода. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что после удаления поверхностно адсорбированного газа скорость газовыделения из объема становится пропорциональной корню квадратному из времени откачивания.

Несмотря на то что уравнение (7.9) не годится для количественной оценки скорости газовыделения в реальной вакуумной системе, оно верно отражает общую зависимость. Например, для того чтобы снизить предельное давление, скажем, на 3 порядка, необходимо 10⁶ с. Однако это время может быть значительно сокращено, если увеличить D. Повышение температуры до 450°С приводит к увеличению D на несколько порядков, а предельное давление может быть достигнуто уже через несколько часов.

Подводя итог, следует сказать, что откачивание системы вплоть до 10^-4 Па может быть осуществлено достаточно быстро, но для того, чтобы снизить давление от 10^-4 до 10^-6 Па требуется уже значительно больше времени (часы, а не минуты). Процесс откачки может быть существенно ускорен нагреванием системы до 450 ⁰С, но даже в этом случае (при предварительном высушивании компонентов системы в вакууме) этот процесс занимает около часа. Если же желательно получить предельный вакуум ~10~8 Па, то необходим длительный отжиг системы (по крайней мере 8 ч). Если выдержку системы при повышенной температуре по каким-либо причинам осуществить невозможно, то время, затрачиваемое на достижение заданного предельного давления, может составлять несколько недель.

Полученные выводы основаны на допущении, что поток газа обусловлен только десорбцией молекул газа из деталей вакуумной системы. Если же в системе имеется течь, происходит проникновение газа сквозь стенки или применены материалы с высоким давлением паров, то вне зависимости от длительности откачивания и отжига системы натекание газа не прекратится. Поэтому очень важно, чтобы поток газа, обусловленный перечисленными причинами, был ниже потока, при котором можно получить заданное предельное давление. Проникновение газа сквозь различные материалы было обсуждено в гл. 2, а методы обнаружения малых течей будут рассмотрены в гл. 8. Иногда в вакуумных системах происходит натекание газа, причину которого обнаружить очень трудно и которое, как правило, связано с распределенными дефектами (микропорами) в материале оболочки камеры. При этом поток газа через каждую микропору оказывается ниже предела чувствительности течеискателя, но общий поток со всей дефектной поверхности может быть недопустимо большим. Кроме того, в вакуумной системе должны отсутствовать мнимые течи.

В заключение раздела рассмотрим взаимосвязь между быстротой откачивающего действия высоковакуумных (диффузионных или турбомолекулярных) и форвакуумных насосов. Производительность насоса высокого вакуума (количество газа, откачиваемого в секунду) равна

(7.10)

где Su — эффективная быстрота действия насоса и ри — давление в системе. Аналогично, для форвакуумного насоса имеем

(7.11)

Для того чтобы форвакуумный насос обеспечивал нормальную производительность высоковакуумного насоса, должно выполняться следующее условие:

(7.12)

В условиях равновесия, когда достигнуто предельное давление, равное, например, 10^-8 Па, из (7.12) следует, что в случае форвакуума в 10 Па быстрота действия форвакуумного насоса должна составлять только 10^-9 Su. Если быстрота действия форвакуумного насоса меньше этой величины, то после включения высоковакуумного насоса давление на его входе начнет экспоненциально увеличиваться до значения p_Bo(S_u/S_B), где р_во — начальное давление, при котором включается высоковакуумный насос. Постоянная времени этого процесса составляет Vb/Sb, где Vb — объем вакуумпровода между насосами.

Поскольку верхний предел давления р_во, начиная с которого высоковакуумные насосы могут работать, составляет 10³ Па, давление на входе форвакуумного насоса не должно превышать это критическое значение. К счастью, по мере откачивания давление на входе форвакуумного насоса увеличивается в той мере, в какой оно снижается на входе высоковакуумного насоса. Это означает, что Qu экспоненциально уменьшается с постоянной времени V_u/S_u, где V_u — объем рабочей камеры.

Если эта постоянная времени порядка Vb/Sb, то значительного увеличения давления форвакуума не произойдет, откуда можно получить верхний предел быстроты откачки форвакуумного насоса:

(7.13)

Несмотря на то что Vb<< Vu, отношение V_b/V_u вряд ли будет меньше, чем 10^-9. Поэтому величина S_B должна быть значительно больше по сравнению с равновесным случаем. Как показывает опыт, для большинства реальных случаев связь между быстротой действия форвакуумного и высоковакуумного насосов удовлетворительно описывается соотношением S_b = 10^-2S_U. Однако при конструировании вакуумных систем необходимо помнить о важности правильного выбора величин объемов V_b и V_u- Как правило, заводы-изготовители указывают требуемую минимальную быстроту откачки или тип форвакуумного насоса, который должен быть использован совместно с данным высоковакуумным насосом.