真空技術(shù)發(fā)展史的主要階段

2013-04-29 巴德純 東北大學(xué)

  一、歷史上有確切記載的,可以認(rèn)為真空技術(shù)的歷史開始于1643年。當(dāng)時(shí),托里拆利(Torricelli)將一端密封的長(zhǎng)管注滿水銀并倒置在盛有Hg(汞)的槽里時(shí),發(fā)現(xiàn)了密封的玻璃管中760mm水銀柱頂端產(chǎn)生的真空。

托里拆利實(shí)驗(yàn)

托里拆利實(shí)驗(yàn)

  二、真空技術(shù)的初創(chuàng)時(shí)期延續(xù)到電燈泡的發(fā)明。在這段時(shí)期內(nèi),在氣體定律的基本原理方面,取得了重大的理論和實(shí)踐的科學(xué)技術(shù)突破。如玻義耳-馬里奧特,查理,蓋.呂薩克,伯努利,阿佛加德羅,麥克斯韋,玻爾茲曼等人的成就。

  1、玻義耳-馬略特定律:它反映氣體的體積隨壓強(qiáng)改變而改變的規(guī)律。對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,在其溫度保持不變時(shí),它的壓強(qiáng)和體積成反比;或者說,其壓強(qiáng)P與它的體積V的乘積為一常量。

  2、伯努利與氣體分子運(yùn)動(dòng)論:伯努利明確地?cái)⑹隽藲怏w分子運(yùn)動(dòng)論,認(rèn)為氣體作用在容器壁上的壓力,可以用大量的分子快速地來回運(yùn)動(dòng)來解釋。

  三、真空實(shí)際使用的第一個(gè)進(jìn)展,是和利用真空與大氣之間的壓力差所產(chǎn)生的機(jī)械作用力聯(lián)系在一起的。葛利克用一個(gè)由兩個(gè)半球合成直徑為119cm球體,內(nèi)用真空泵抽空,在大氣壓力作用下在其兩邊各用8匹馬而不能拉開的這個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明了大氣的力量。(此即所謂的馬德堡半球?qū)嶒?yàn))。后人把這個(gè)原理用于真空郵遞線和真空鐵路運(yùn)輸。

馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

  四、愛迪生對(duì)白熾燈的研制(1879年)也是早期發(fā)明排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的結(jié)果。(Toepler, Sprengel)白熾燈表明了低分子密度的用途(除去大氣的活性組分)。

  五、麥克勞真空計(jì)(1874年)第一次使測(cè)量低壓成為可能。

高精度直立式麥?zhǔn)险婵沼?jì)

高精度直立式麥?zhǔn)险婵沼?jì)

  六、克魯克斯(Crookes,1879)的陰極射線管是增大了的平均自由程的第一次利用。

 克魯克斯與陰極射線管

克魯克斯與陰極射線管

  七、而杜瓦瓶(Dewar,1893)則是真空絕熱的首次使用。

杜瓦瓶示意圖

杜瓦瓶示意圖

  八、真空二極管(1902)、三極管(1907)以及鎢絲(1909)的發(fā)明,開始了電子管的研制,并使白熾燈的研制日益成熟。在白熾燈生產(chǎn)中使用的真空的“質(zhì)量”在電子管的新領(lǐng)域內(nèi)顯得不足,這就促使真空的獲得和測(cè)量得到進(jìn)一步發(fā)展。

早期的真空二極管、三極管

早期的真空二極管、三極管

  九、皮拉尼真空計(jì)、蓋德、朗繆爾的汞擴(kuò)散泵以及熱陰極電離真空計(jì)為高真空技術(shù)的發(fā)展提供了可能。

熱陰極電離真空計(jì)

熱陰極電離真空計(jì)

  十、高真空技術(shù)的發(fā)展一直延續(xù)到第二次世界大戰(zhàn)前后。在1935~1936年間取得了三項(xiàng)新成果:氣鎮(zhèn)泵、油擴(kuò)散泵以及冷陰極電離真空計(jì)。這些成果,直至現(xiàn)在仍是大多數(shù)真空系統(tǒng)的常用部件。

油擴(kuò)散泵原理圖

油擴(kuò)散泵原理圖

冷陰極電離真空計(jì)

冷陰極電離真空計(jì)

  十一、1940年以后真空技術(shù)在核技術(shù)研究(回旋加速器、同位素分離等),真空冶金,真空鍍膜冷凍干燥設(shè)備方面有了很大進(jìn)展,如1955年機(jī)械增壓泵的出現(xiàn)。

  十二、到1950年,真空度一般能達(dá)到10-4~10-5 Pa,或許達(dá)到更低的壓強(qiáng)但還不能測(cè)量。1950年B-A真空計(jì)的出現(xiàn),為測(cè)量更低的壓強(qiáng)開辟了道路,進(jìn)入超高真空領(lǐng)域。1953年出現(xiàn)的離子泵能獲得更低的壓強(qiáng),即所謂的“清潔真空”出現(xiàn)。在過去的幾十年間,為完成最尖端科學(xué)技術(shù)的需要,真空技術(shù)向大容量化、高真空化和高清潔化的方向發(fā)展。