Condiciones y aplicaciones de las bombas de ultra alto vacío

Los equipos de vacío de alto rendimiento son un elemento esencial en una amplia gama de industrias y campos científicos de investigación. Muchas industrias y áreas de investigación académica requieren distintos niveles de vacío para tener éxito. En esta ocasión te hablaremos sobre los numerosos tipos de industrias y campos científicos que dependen tanto de equipos de alto vacío (HV) como de ultra alto vacío (UHV).

Debido a que estos sistemas requieren una presión extremadamente baja para funcionar de manera efectiva, solo los tipos más avanzados de equipos de vacío pueden producir las condiciones de vacío necesarias para que estos sistemas funcionen.

Contenidos de este artículo:
¿Qué son los vacíos alto y ultra alto?
¿Cuáles son las ventajas de los entornos altos y ultra altos?
Aplicaciones de alto y ultra alto vacío

¿Qué son los vacíos alto y ultra alto?

El alto vacío y ultra alto vacío se definen por la presión presente en la cámara de vacío. Si bien la clasificación de HV y UHV puede variar según la fuente, generalmente se considera el alto vacío en un rango de presión entre 10-3 y 10-7 mbar, y un ultra alto vacío en un rango de presión por debajo de 10 -7 mbar.

Si bien estas pueden parecer distinciones insignificantes en la vida cotidiana, la realidad es que la presión extremadamente baja es de vital importancia para numerosos procesos industriales, técnicas de ingeniería y experimentos científicos. Como tales, tanto los equipos HV como los UHV poseen una multitud de aplicaciones importantes en múltiples industrias y disciplinas científicas.

¿Cuáles son las ventajas de los entornos altos y ultra altos?

Las condiciones HV y UHV poseen dos ventajas principales. La mayor de ellas es reducir la contaminación, tanto en las superficies como en el vacío de la cámara. Si bien ninguna superficie puede quedar completamente libre de contaminación, las presiones extremadamente bajas producidas por el vacío ultra alto minimizan la contaminación a un nivel suficiente para que las superficies puedan mantener las condiciones ideales durante el tiempo necesario para llevar a cabo los experimentos requeridos.

La otra ventaja principal de las condiciones HV y UHV es limitar las interacciones entre el gas residual y los haces de partículas presentes en una multitud de aplicaciones de vacío. Limitar estas interacciones también puede referirse a incrementar el camino libre medio de las partículas en el vacío, generalmente electrones u otros iones.

Aunque no lo parezca, el aire es bastante denso, especialmente desde el punto de vista de un electrón. En una presión atmosférica normal, un electrón solo puede viajar aproximadamente 50 nanómetros, lo que significa que se detiene casi tan pronto como comienza. Para aumentar el camino libre medio a una distancia más útil de incluso unos pocos metros, la presión en el sistema debe estar en un rango de 10-4 a 10-6 mbar.

Aplicaciones de alto y ultra alto vacío

Algunos de los ejemplos más comunes de la aplicación de equipos UHV son técnicas que requieren la reducción de la contaminación del área superficial para realizar análisis de superficie esenciales. Los diferentes tipos de espectrometría, espectroscopia y microscopías, como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, la espectroscopia de electrones Auger, la espectrometría de masas de iones secundarios y la microscopia de túnel de barrido, requieren áreas de superficie no contaminadas para identificar con precisión la composición química y la estructura de un material determinado. El nivel necesario de descontaminación solo se puede lograr con presiones extremadamente bajas.

La reducción de las interacciones haz-gas también es importante para muchas de estas técnicas. Por ejemplo, en la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, un haz de rayos X se enfoca en el material. Estos fotones de alta energía eliminan electrones del material. Los electrones necesitan viajar una distancia de al menos un metro, a veces más, para llegar a un detector. El vacío es esencial para proporcionar a estos electrones el camino libre medio necesario para llegar a él.

Algunos procesos industriales también requieren HV y UHV, una vez más para los beneficios de reducción de la interacción haz-gas. Un ejemplo de esto es la soldadura mediante haz de electrones. En esta aplicación HV, se aplica un haz de electrones de alta energía a dos materiales que deben unirse. Los materiales se derriten y fluyen juntos a medida que la energía cinética de los electrones se transforma en calor al impactar.

Tanto el vacío alto como el ultra alto tienen aplicaciones adicionales en el campo de la física. Por ejemplo, los aceleradores de partículas (como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN) requieren condiciones de vacío ultra alto para reducir las interacciones haz-gas y minimizar la interferencia del entorno exterior. Esto también es válido para otras herramientas de la física experimental, como los detectores de ondas gravitacionales.

Las condiciones HV y UHV también tienen una gran demanda en los campos de la ingeniería aeroespacial, las tecnologías biomédicas, la fabricación de instrumentos analíticos, la espectroscopia de masas, la microscopía electrónica, la simulación espacial, el revestimiento y los equipos de diagnóstico médico.

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