REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Interakcije med molekulami plinov ter površinami močno vplivajo na obnašanje sistemov v
številnih področjih raziskav, kot so vakuumska znanost in metrologija, mikrouidika, zika
delcev ter jedrska zika. V tem delu smo se osredotočili na akomodacijo gibalne količine
molekul plina. Parameter, ki ta pojav opisuje, je efektivni akomodacijski koecient gibalne
količine (angl. eective tangential momentum accommodation coecient, ETMAC), de-
niran kot relativna sprememba vzdolžne komponente hitrosti molekule po trku s površino.
V tem delu je raziskan vpliv tega parametra v dveh aplikacijah: pri kalibraciji merilnikov
z lebdečo kroglico (angl. spinning rotor gauge, SRG) ter pri prevodnosti cevi.
SRG je tlačni merilnik, ki deluje na principu molekulskega upora. Molekule plina,
ki obdajajo vrtečo se kovinsko kroglico, neprestano trkajo z njeno površino, ter ji s tem
odvzemajo vrtilno količino. Posledično zaviranje kroglice je neposredno povezano s tlakom
plina, ki obdaja kroglico. ETMAC v takem merilniku igra vlogo kalibracijske konstante,
določitev katere je izjemno pomembna pri zmanjšanju merilne negotovosti merilnika.
Ker je vrednost ETMAC odvisna od plina, kalibracija SRG zajema določitev te vrednosti
za vsak plin, za katerega bo merilnik uporabljen. Celoten postopek kalibracije je
lahko tako precej časovno zahteven. Dodatno težavnost pa predstavljajo tudi mešanice
plinov, ki so lahko v uporabi. V tem delu smo z raznimi površinskimi obdelavami kroglic
želeli zmanjšati plinsko odvisnost ETMAC. ƒe bi lahko to odvisnost zmanjšali, bi bila za
kalibracijo SRG potrebna le kalibracija z enim plinom, merilna negotovost pa bi kljub temu
ostala nizka tudi za ostale pline. Ugotovili smo, da povečanje hrapavosti površine kroglice
z jedkanjem v kislini opazno zmanjša plinsko odvisnost ETMAC za šest plinov: helij, metan,
neon, dušik, argon ter kripton. Največji odmik od povprečne vrednosti ETMAC se
je pokazal pri heliju in neonu, ki sta najlažja žlahtna plina. ƒe tadva plina izvzamemo
iz izračunov, je plinska odvisnost za preostale pline na jedkani površini približno dvakrat
manjša v primerjavi s polirano kroglico.
Plinska odvisnost je bila prav tako raziskana za primer prevodnosti dolge cevi, narejene
iz nerjavečega jekla. V molekularnem režimu je številska gostota molekul plina dovolj nizka,
da te med potovanjem skozi cev ne trkajo druga z drugo. Vsi trki so tako trki med molekulo
in površino cevi.
V ta namen smo razvili merilno metodo za merjenje prevodnosti cevi, iz katere smo
izračunali vrednost ETMAC. Za to metodo je potreben le en merilnik tlaka. Dodatna
prednost te metode je v tem, da kalibracija merilnika ni potrebna, v kolikor ima ta merilnik
linearen odziv. Merilna negotovost vrednosti ETMAC, dobljenih s to metodo, je bila
manjša kot 0.5 %.
Za razliko od kroglic SRG, se plinska odvisnost na cevi močno zmanjša tudi za helij in
neon. Plinska odvisnost hrapave cevi je približno petkrat manjša kot na polirani cevi.