МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Тюменский государственный университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Тюменский государственный университет
Физический факультет
Кафедра механики многофазных систем
Рабочая программа
по дисциплине "КРИОВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА"
для студентов 4 курса ОДО специальности 140401.65
"Техника и физика низких температур"
Тюменский государственный университет
2007 г.
2
Цели и задачи дисциплины.
Цель дисциплины - научить студента пониманию физических основ вакуумной техники и практическому использованию методик расчета и проектирования различных вакуумных систем.
Задача дисциплины - подготовка высококвалифицированных специалистов в области
криовакуумной техники.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Изучение курса “Криовакуумная техника” должно обеспечить знание основ вакуумной техники, принципа работы и основных характеристик традиционных средств откачки,
особенностей и специфики криовакуумной техники, умение самостоятельно выполнять расчет и проектирование сложных вакуумных систем.
Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
Всего часов
90
48
32
16
42
Зачет
Семестры
8
8
8
8
8
8
Содержание дисциплины.
Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
1
2
3
4
5
Раздел дисциплины
Основные понятия вакуумной техники
Традиционные средства получения вакуума
Криовакуумная техника
Средства измерения и течеискания
Использование элементов криовакуумной техники
Лекции
4
10
8
6
4
ПЗ
2
4
4
6
Содержание разделов дисциплины
1. Основные понятия вакуумной техники.
История развития вакуумной техники. Области применения вакуумной техники. Основные понятия вакуумной техники. Понятие вакуума. Единицы измерения давления в вакуумной технике. Состав сухого атмосферного воздуха. Скорость движения молекул газа.
Число молекул газа, ударяющихся о единичную поверхность стенки сосуда в единицу времени. Средняя длина пробега. Основные характеристики вакуумных насосов. Основное
уравнение вакуумной техники. Режимы течения газа. Расчет проводимости в молекулярном и
вязкостном режимах.
2. Традиционные средства получения вакуума.
Техника получения вакуума традиционными методами. Механические насосы: поршневые, ротационные, двухроторные. Газоперемещающие насосы. Молекулярные насосы.
Преимущества и недостатки. Основные характеристики. Принцип работы. Распыляемые геттеры. Механизм откачки. Испарительные насосы. Электродуговые геттерные насосы. Ионно-геттерные насосы. Магнитные электроразрядные насосы. Преимущества и недостатки.
Основные характеристики. Принцип работы. Нераспыляемые геттеры. Низкотемпературные
геттеры. Температура активации. Конструктивные исполнения. Преимущества и недостатки.
Области применения. Адсорбционные насосы. Принцип действия. Сорбент. Скорость адсорбции и десорбции. Адсорбционная емкость. Полное число молекул. которые могут быть
поглощены поверхностью единичной площади. Изотерма сорбции. Определение теплоты
адсорбции. Уравнение Клапейрона-Клаузиса. Удельная поверхность. Емкость монослоя.
3
Традиционные адсорбенты. Активные угли. Цеолиты. Силикагели. Их основные характеристики. Конструктивное исполнение адсорбционных насосов. Преимущества и недостатки.
3. Криовакуумная техника.
Криовакуумная техника. Крионасос. Классификация крионасосов. Принцип работы.
Требования, предъявляемые к идеальному насосу. Коэффициенты массообмена (коэффициент прилипания и конденсации). Форвакуумные крионасосы. Методика расчета, принципиальные схемы и особенности конструкции. Определение времени откачки до заданного давления. Зависимость быстроты действия от давления. Газодинамические установки. Общие
принципы устройства. Особенности расчета криовакуумной системы. Конструктивное исполнение. Криосорбционные средства вакуумной откачки. Газовые криосорбенты. Их преимущества перед традиционными сорбентами. Зависимость сорбционной емкости от условий формирования криослоя (род газа, толщина слоя, температура слоя, температура откачиваемого газа). Криозахват. Конструктивное исполнение.
4. Средства измерения и течеискания.
Средства измерения вакуума и течеискания. Специфика измерения вакуума при низких температурах. Эффект Кнудсена. Манометр чашечный ртутный. Трубка Бурдона. Термопарный преобразователь давления. Ионизационный преобразователь давления. Преобразователь Байярда-Альперта. Течеискание.
5. Использование элементов криовакуумной техники.
Вакуумно-технологические проблемы установок термоядерного синтеза. Условия
существования термоядерной реакции. Магнитные ловушки. Лазерный термоядерный синтез. Система откачки продуктов реакции термоядерного синтеза. Требования к вакуумным
насосам. Криооткачка газодинамических установок. Криотермовакуумные установки и
криовакуумное оборудование. Вакуумное обеспечение ускорительно-накопительных комплексов.
Рекомендуемая литература.
Основная литература.
1. Л.Н. Розанов. Вакуумная техника. Высшая школа. 1990. 320 с.
2. Справочник по вакуумной технике под ред. Е.С.Фролова. Машиностроение. 1982. 480 с.
Дополнительная литература
1. Г.Л. Саксаганский. Молекулярные потоки в сложных вакуумных структурах. М.: Атомиздат, 1980. 216 с.
2. Р Хэффер. Криовакуумная техника. Энергоатомиздат. 1983. 272 с.
Программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 140401.65 "Техника и
физика низких температур" по направлению “Техническая физика” и на основе примерной
программы, составленной Нестеровым С.Б., д.т.н., профессором каф. низких температур
МЭИ, и одобренной на заседании учебно-методической комиссии по специальности 070200
Техника и физика низких температур от 3 ноября 2000 г., протокол № 2.