真空技术发展史的主要阶段

2013-04-29 巴德纯 东北大学

  一、历史上有确切记载的,可以认为真空技术的历史开始于1643年。当时,托里拆利(Torricelli)将一端密封的长管注满水银并倒置在盛有Hg(汞)的槽里时,发现了密封的玻璃管中760mm水银柱顶端产生的真空。

托里拆利实验

托里拆利实验

  二、真空技术的初创时期延续到电灯泡的发明。在这段时期内,在气体定律的基本原理方面,取得了重大的理论和实践的科学技术突破。如玻义耳-马里奥特,查理,盖.吕萨克,伯努利,阿佛加德罗,麦克斯韦,玻尔兹曼等人的成就。

  1、玻义耳-马略特定律:它反映气体的体积随压强改变而改变的规律。对于一定质量的气体,在其温度保持不变时,它的压强和体积成反比;或者说,其压强P与它的体积V的乘积为一常量。

  2、伯努利与气体分子运动论:伯努利明确地叙述了气体分子运动论,认为气体作用在容器壁上的压力,可以用大量的分子快速地来回运动来解释。

  三、真空实际使用的第一个进展,是和利用真空与大气之间的压力差所产生的机械作用力联系在一起的。葛利克用一个由两个半球合成直径为119cm球体,内用真空泵抽空,在大气压力作用下在其两边各用8匹马而不能拉开的这个经典实验证明了大气的力量。(此即所谓的马德堡半球实验)。后人把这个原理用于真空邮递线和真空铁路运输。

马德堡半球实验

马德堡半球实验

  四、爱迪生对白炽灯的研制(1879年)也是早期发明排气系统所产生的结果。(Toepler, Sprengel)白炽灯表明了低分子密度的用途(除去大气的活性组分)。

  五、麦克劳真空计(1874年)第一次使测量低压成为可能。

高精度直立式麦氏真空计

高精度直立式麦氏真空计

  六、克鲁克斯(Crookes,1879)的阴极射线管是增大了的平均自由程的第一次利用。

 克鲁克斯与阴极射线管

克鲁克斯与阴极射线管

  七、而杜瓦瓶(Dewar,1893)则是真空绝热的首次使用。

杜瓦瓶示意图

杜瓦瓶示意图

  八、真空二极管(1902)、三极管(1907)以及钨丝(1909)的发明,开始了电子管的研制,并使白炽灯的研制日益成熟。在白炽灯生产中使用的真空的“质量”在电子管的新领域内显得不足,这就促使真空的获得和测量得到进一步发展。

早期的真空二极管、三极管

早期的真空二极管、三极管

  九、皮拉尼真空计、盖德、朗缪尔的汞扩散泵以及热阴极电离真空计为高真空技术的发展提供了可能。

热阴极电离真空计

热阴极电离真空计

  十、高真空技术的发展一直延续到第二次世界大战前后。在1935~1936年间取得了三项新成果:气镇泵油扩散泵以及冷阴极电离真空计。这些成果,直至现在仍是大多数真空系统的常用部件。

油扩散泵原理图

油扩散泵原理图

冷阴极电离真空计

冷阴极电离真空计

  十一、1940年以后真空技术在核技术研究(回旋加速器、同位素分离等),真空冶金,真空镀膜冷冻干燥设备方面有了很大进展,如1955年机械增压泵的出现。

  十二、到1950年,真空度一般能达到10-4~10-5 Pa,或许达到更低的压强但还不能测量。1950年B-A真空计的出现,为测量更低的压强开辟了道路,进入超高真空领域。1953年出现的离子泵能获得更低的压强,即所谓的“清洁真空”出现。在过去的几十年间,为完成最尖端科学技术的需要,真空技术向大容量化、高真空化和高清洁化的方向发展。