В результате разработки и внедрения сверхвысоковакуумных насосов различных типов экспериментатор имеет возможность выбора среди однотипных насосов, выпускаемых различными фирмами, а также возможность выбора оптимальной схемы откачивания. Для того чтобы оценить преимущества и недостатки тех или иных насосов либо их комбинации, необходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики.

Одним из главных критериев сравнения насосов является скорость откачки. Эта характеристика насоса может значительно изменяться в зависимости от давления откачиваемого газа, состава газа, состояния насоса и, что особенно важно, от способа измерения. Так, могут возникать значительные ошибки при определении скорости откачки, если плотность газового потока неравномерна. Поэтому для получения надежных и воспроизводимых результатов измерения скорости откачки обычно проводят в стандартных условиях. Для устранения ошибок при измерениях газового потока и давления, возникающих в результате влияния течения газа, необходимо использовать резервуары большого объема.

Однако, разумно располагая вакуумметры, отверстия и т.п., можно смоделировать условия большого резервуара и в значительно меньших специальных испытательных камерах. На рис. 3.33, а показана такая камера, впервые использованная для измерения характеристик диффузионных насосов.

Следует обратить внимание на важность обеспечения указанных на рисунке соотношений между размерами камеры и правильного расположения патрубка газового ввода. Скорость откачки определяется путем измерения расхода газа через ввод при постоянном давлении на входе в насос (т. е. внутри камеры). Позже этот метод был распространен и на измерения скоростей откачки при значительно более низких давлениях. В этом случае рекомендуется использовать нагреваемые вакуумметр и камеру (рис. 3.33,6). Камера для удобства измерения расхода газа состоит из двух секций, разделенных перегородкой с калиброванным отверстием.

Рис. 3.33. Специальные камеры для измерения характеристик насосов: a — для диффузионных насосов, р=10^-5 Па; б—для сверхвысоковакуумных насосов. 1 — ионизационный вакуумметр; 2 — устройство напуска газа; 3 — места подсоединения прогреваемых клапанов; 4— вакуумметр.

В принципе большинство изготовителей насосов при определении параметров насосов придерживаются рекомендаций, указанных выше, и хотя в работе предполагается, что путем изменения размеров испытательной камеры можно обеспечить более точное измерение истинной скорости откачки, указываемые фирмами-изготовителями паспортные данные насоса (быстрота или скорость откачки и предельное остаточное давление) достаточно надежны. Однако при сравнительной оценке насосов различного типа следует учитывать влияние на скорость откачки и таких факторов, как давление газа, его состав и т. п.

Правильный выбор насоса не всегда очевиден. Так, в случае откачивания больших количеств инертных газов, например в установках по напылению, ясно, что сорбционные насосы и особенно связывающие газ химически ионный и сублимационный насосы непригодны. Однако в большинстве случаев трудно однозначно отдать предпочтение какому-либо типу насосов, и поэтому выбор делают обычно на основании личного опыта. Также довольно часто при выборе насоса исходят из характеристик блока питания, размеров и стоимости насоса.

Сравнительные характеристики насосов приведены в табл. Ввиду конструктивного различия этих насосов, изготовляемых различными фирмами, представленные данные могут рассматриваться лишь как ориентировочные. Тем не менее эти данные демонстрируют общую картину преимуществ и недостатков насосов различного типа.

Если главным параметром большинства насосов является скорость откачки, то для сорбционных и сублимационных насосов это не так. С целью удобства сравнения характеристик насосов, используемых для откачки вакуумных систем большого объема, все данные, приведенные в табл. 3.5, нормированы по отношению к рабочему объему, равному 0,5 м³. Отметим, что насосы оптимального размера некоторых типов не выпускаются промышленностью; в этих случаях в таблице приведены данные более крупных насосов, что, однако, не влияет на общую картину.

Сверхвысокий вакуум, как правило, может быть получен только с помощью совокупности насосов нескольких типов. Для систем, в которых можно ожидать высокого натекания газа (например, для установок по напылению или ионному травлению), вероятно, наиболее экономично использовать диффузионный насос в паре с ротационным при условии обеспечения эффективного поглощения паров масел. Однако следует учитывать, что применение отражателей и ловушек паров масла приводит также к уменьшению скорости откачки по крайней мере в 2 раза.

При этом даже в случае самых совершенных насосов этого типа всегда существует вероятность загрязнения системы органическими веществами. Альтернативной откачивающей системой может служить турбомолекулярный насос, к •выходу которого подключен ротационный насос. Турбомолекулярные насосы в последнее время находят все более широкое применение в связи с выпуском насосов улучшенной конструкции.

Однако эти насосы стоят дорого и, кроме того, несмотря она их высокую надежность, легко могут быть повреждены при шопадании внутрь насоса твердых частиц. В случае предельных давлений <10^-8 Па требуемый для турбомолекулярного насоса форвакуум не может быть обеспечен стандартным ротационным насосом, и поэтому вместо него используется диффузионный. Можно использовать также комбинацию турбомолекулярного и ионного насосов. В этом случае турбомолекулярный насос откачивает основную массу газа, а ионный насос позволяет получить более низкое предельное давление

В сверхвысоковакуумных системах с малыми количествами таза ионный насос практически не имеет конкурентов. Этот насос, хотя и более дорогой по сравнению с диффузионным, не нуждается в ловушках паров масла и обладает преимуществом  скорости откачки. Поскольку вакуум, полученный с помощью ионного насоса, полностью свободен от присутствия органических веществ, лучше всего создавать форвакуум для него с помощью сорбционного насоса. К недостаткам ионного насоса, ограничивающим возможности его использования, относятся высокое содержание водорода в остаточном газе, что может быть неприемлемо в некоторых случаях, а также низкая скорость откачки инертных газов.

Кроме того, иногда недопустимо наличие магнитных полей, присущих электроразрядным насосам. Здесь также следует напомнить об ограниченной газовой емкости сорбционных насосов: на каждые 10^-3 м³ (1 л.) откачиваемого объема требуется 100 г цеолита при использовании одного насоса. Так, для вакуумной установки объемом 0,5 м³ (см. табл. 3.5) требуется 50 кг цеолита. Очевидно, что использование таких больших количеств цеолита приводит к значительным трудностям, поэтому в случае систем большого объема следует применять пару насосов — пока один откачивает (при температуре жидкого азота), второй регенерируется путем нагрева и сброса откачанного газа в атмосферу.

Получение сверхвысокого вакуума в больших вакуумных системах, таких, как имитаторы условий космического пространства, ввиду сложности их нагрева является серьезной проблемой. Эту проблему позволяют решить криогенные насосы, в особенности если они встроены непосредственно в камеру.

Также весьма эффективно использование в этом случае сублимационных насосов, которые, к сожалению, не способны откачивать инертные газы. Современные автономные криогенераторы компактны и обеспечивают высокую скорость откачки любых газов к чистоту получаемого вакуума. Однако стоимость их довольно высока. Эти насосы могут использоваться совместно с сорбци-онными, ионными или двухступенчатыми ротационными насосами, снабженными ловушками. Поскольку время работы последнего насоса для получения требуемого форвакуума невелико, вероятность попадания в откачиваемую систему следок углеводородов мала.

В заключение следует еще раз подчеркнуть, что идеального насоса, способного осуществлять откачку от атмосферного давления до 10^-8 Па, пока не существует. Тем не менее современные вакуумные насосы, выпускаемые промышленностью и используемые в соответствующих комбинациях, позволяют получить сверхвысокий вакуум достаточно легко и быстро в установках, в которых натекание газа с поверхности в результате десорбции и других процессов невелико.