В настоящее время установки высокого вакуума находят широкое применение в различных областях науки и техники. Главным образом это связано с интенсивными исследованиями высокоэнергетических частиц (ускорители), развитием космической техники (имитаторы условий космического пространства) и изучением поверхности материалов (различного типа приборы для физико-химического анализа поверхности).

Кроме того, существуют и другие области применения сверхвысокого вакуума, когда важно отсутствие любых загрязняющих примесей, в том числе газов. Сверхвысокий вакуум находит применение главным образом в различных областях науки, но и в технологии, особенно электронных приборов, когда часто необходимы давления ниже 10^-6 Па. В качестве примера можно привести технологию нанесения эпитаксиальных слоев с помощью молекулярного пучка, используемую при изготовлении интегральных схем, или получение фотокатодов из арсенида галлия, легированного цезием.

Вакуумные системы. Ввиду их многообразия они обычно создаются на основе индивидуальных проектов. Ускорители частиц и имитаторы космических условий являются чрезвычайно дорогими системами, поэтому они конструируются и строятся для конкретного назначения. В то же время оборудование для изучения свойств поверхности тем или иным методом, например LEED (метод дифракции медленных электронов) или SIMS (метод масс-спектрометрии вторичных ионов), разрабатывается и выпускается серийно. Все же в большинстве случаев вакуумные системы собираются на основе выпускаемых серийно узлов и приборов. Эта статья в основном и посвящена общим принципам построения таких вакуумных систем.

Одной из наиболее часто допускаемых ошибок при создании систем сверхвысокого вакуума является чрезмерное их усложнение. Использование дополнительных насосов, клапанов и других дополнительных устройств, как правило, не только не приводит к улучшению характеристик установки, но даже может вызывать их ухудшение. При разработке технических требований к вакуумной установке необходимо знать, во-первых, тип рабочей камеры, ее размеры, число и вид механических вводов и их расположение, а также порядок величины ожидаемой скорости натекания газа со стенок камеры, особенно при проведении длительного эксперимента.

После установления основных параметров рабочей камеры следует определить требуемые характеристики вакуума, которые, в свою очередь, обусловливают способ откачки системы. К этим характеристикам относятся предельное разрежение и состав остаточного газа. Кроме того, важно заранее знать возможность повышения давления в процессе эксперимента (например, при очистке поверхности образца методами распыления или химического травления), степень допустимого загрязнения системы углеводородами, желательную длительность откачки системы, способы измерения полного давления и парциальных давлений всех компонент газовой среды и необходимую точность.

К ним относятся: защита систем от магнитных полей, виброустойчивость, способность выдерживать резкие перепады температур, в том числе охлаждение до сверхнизких температур, наличие высоковольтных электрических вводов и т. п. Наконец, необходимо учитывать общие требования ко -всем сверхвысоковакуумным системам, такие, как выбор соответствующих высоковакуумных конструкционных материалов, а также снабжение установки необходимыми нагревательными устройствами для прогрева и обезгаживания.

После того, как вакуумная система, удовлетворяющая всем перечисленным выше требованиям, создана, необходимо позаботиться об устройствах и мерах обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Опасность работы с вакуумом обусловлена возможностью разрушения вакуумных резервуаров под действием атмосферного давления, возможностью электрического пробоя, взрыва системы и др.

Некоторые специализированные фирмы конструируют и поставляют по заказу сложные вакуумные системы, используя для этого закупаемые у других фирм серийные компоненты. Очевидно, однако, что создание вакуумной системы без предварительного выяснения ее конкретного назначения, т. е. всех тех требований, которым она должна удовлетворять, представляет собой технически и экономически неоправданное занятие, которое к тому же может привести к плачевным последствиям. Очертив круг основных требований и параметров системы, можно приступать к ее конструированию.

На этом этапе могут быть полезны некоторые общие методы конструирования. К сожалению, как правило, не удается оптимально подобрать для поставленной задачи серийно изготовляемую вакуумную систему. Разнообразие задач и требований, как указывалось выше, делает невозможным серийный выпуск универсальных вакуумных систем. С другой стороны, разработаны и выпускаются различные специализированные системы, предназначенные для выполнения определенной задачи.