水手號探測器

[拼音]：zhenkong jishu

[英文]：vacuum technology

建立低於大氣壓力的物理環境以在此環境中進行工藝製作、物理測量和科學試驗等所需之技術。真空技術主要包括真空獲得、真空測量、真空檢漏和真空應用 4個方面。在真空技術發展中，這4個方面的技術是相互促進的。真空是指低於大氣壓力的氣體的給定空間，即每立方厘米空間中氣體分子數大約少於2.5×1019個的給定空間。真空是相對於大氣壓來說的，並非空間沒有物質存在。用現代抽氣方法獲得的最低壓力(10-12帕)，每立方厘米的空間裡仍然會有數百個分子存在。氣體稀薄程度是對真空的一種客觀量度。作為量度，最直接的物理量是單位體積中的氣體分子數。氣體分子密度越小，氣體壓力越低，真空就越高。但由於歷史原因，量度真空通常都用壓力錶示。量度真空的壓力單位為帕斯卡，簡稱為帕（Pa），1Pa＝1N/m2。它與以往所用單位託(Torr)、毫巴(mbar)和標準大氣壓(atm)的關係為:

在只需指出真空範圍而無需指出具體數值時，通常使用真空區域的說法。根據中國國家標準規定，真空被劃為4個區域（見表）。

簡史

遠在1643年，義大利物理學家E.托裡拆利發現真空和自然空間有大氣和大氣壓力存在。他將一根一端封閉的長玻璃管灌滿了汞，並倒立於汞槽中時，發現管中汞面下降，直至與管外的汞面相差76釐米時為止。托裡拆利認為，玻璃管汞面上的空間是真空，76釐米高的汞柱是因為存在大氣壓力的緣故。1650年，德國的O.von蓋利剋制成活塞真空泵。1654年，他在雷根德堡進行了著名的馬格德堡半球試驗：用真空泵將兩個合在一起的、直徑為14英寸（35.5釐米）的銅半球（馬格德堡半球）抽成真空，然後用兩組各8匹馬以相反方向拉拽銅球，始終未能將兩半球分開。這個著名的試驗又一次證明，空間有大氣存在，且大氣有巨大的壓力。為了紀念托裡拆利在科學上的重大發現和貢獻，以往習用的真空壓力單位Torr就是用他的名字命名的。

19世紀中後期，英國工業革命的成功，促進了生產力和科學實驗發展，同時也推動了真空技術的發展。1850年和1865年，先後發明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，從而研製成了白熾燈泡(1879)、陰極射線管(1879)、杜瓦瓶(1893)和壓縮式真空計(1874)。壓縮式真空計的應用，首次使低壓力的測量成為可能。

20世紀初開始製造真空電子管，促使真空技術向高真空發展。1935～1937年取得了 3項成果：氣鎮真空泵（可抽含少量水蒸汽的氣體）、油擴散泵（可抽到 10-5帕真空）和冷陰極電離計（量程為10-1～10-5帕）。這些成果和1906年製成的皮拉尼真空計至今仍為大多數真空系統所常用。1940年以後，真空應用擴大到核研究（迴旋加速器和同位素分離等）、真空冶金、真空鍍膜和冷凍乾燥等方面，真空技術開始成為一個獨立的學科。

第二次世界大戰期間，原子物理試驗的需要和通訊對高質量電真空器件的需要，促進了真空技術的發展。如擴散泵系統採用烘烤(泵除外)和液氮擋板等措施，獲得了10-7～10-8帕的超高真空。1950年開始相繼製成的渦輪分子泵、鈦昇華泵、濺射離子泵（見吸氣劑離子泵）和低溫泵等，獲得了10-7～10-11帕的超高真空。BA電離真空計可測最低壓力下限為5×10-9～10-10帕，改型的真空計可測最低壓力下限延伸到10-12～10-16帕。

真空獲得

在地球上通常是對特定的封閉空間抽氣來獲得真空。用來抽氣的裝置稱為真空泵。早先製成的真空泵，抽氣速度不大，極限真空低，很難滿足生產和科學試驗的需要。後來相繼製成一系列抽氣機理不同的真空泵，抽速和極限真空都得到不斷的提高。如低溫泵的抽氣速率可達6×104升／秒（1升＝10-3米103），極限真空可達10-11帕數量級。用任何一種真空泵都不能達到從大氣壓到10-11帕這樣寬壓力範圍的真空，只有用幾臺不同種類效能良好的真空泵聯合抽氣才能達到目的。

真空測量

測量從數百到10-11帕這樣相差懸殊的壓力，尚沒有一種真空計能單獨勝任。105～102帕範圍內的壓力，可利用彈簧管或壓力測量儀表進行測量。低於102帕壓力，就需要利用氣體某些物理特性製成的真空計來測量：利用氣體的可壓縮性製成的壓縮式真空計，可測壓力範圍為102～10-4帕；利用氣體熱導性製成的熱導真空計，可測壓力範圍為10～10-1帕；利用氣體電離製成的電離真空計和BA電離真空計，可測壓力範圍分別為10-1～10-6帕和5×10-9～10-10帕;改型的BA電離真空計可測壓力下限達10-12～10-16帕數量級。

真空檢漏

為了保證真空系統能達到和保持工作需要的真空，除需要配備合適的、抽氣效能良好的真空泵外，真空系統或其零部件還必須經過嚴格的檢漏，以便消除破壞真空的漏孔。低（粗）真空、中真空和高真空系統一般用氣壓檢漏。對於超高真空系統，在採用一般檢漏法粗檢以後，還要採用靈敏度較高的檢漏儀如鹵素檢漏儀和質譜檢漏儀來檢漏（見真空檢漏）。

真空應用

隨著真空獲得技術的發展，真空應用日漸擴大到工業和科學研究的各個方面。真空應用是指利用稀薄氣體的物理環境完成某些特定任務。有些是利用這種環境製造產品或裝置，如燈泡、電子管和加速器等。這些產品在使用期間始終保持真空；而另一些則僅把真空當作生產中的一個步驟，最後產品在大氣環境下使用，如真空鍍膜、真空乾燥和真空浸漬等。真空的應用範圍極廣，主要分為低真空、中真空、高真空和超高真空應用。

低（粗）真空

利用低（粗）真空獲得的壓力差來夾持、提升和運輸物料，以及吸塵和過濾，如吸塵器、真空吸盤和真空過濾機等。

中真空

中真空一般可應用在3個方面。

（1）排除物料中吸留或溶解的氣體（或所含水分）：在這方面的運用有真空乾燥、真空脫水、真空濃縮、冷凍乾燥、真空除氣和真空浸漬等。如真空濃縮生產煉乳，不需加熱就能蒸發乳品中的水分。採用冷凍乾燥法通過冷凍昇華可以除去產品中的水分，使產品最後的含水量很低、化學性變化小，而揮發性成分基本上保留在產品中，有利於產品的貯藏。真空浸漬是在除去產品中吸留的溼汽或氣體後，填充以另一種物質來改善產品的效能，如改良絕緣材料的介電效能，增加紡織品、紙張和木材的強度或減小其可燃性等。

（2）製造燈泡：燈泡在使用的過程中需保持真空，可以防止燈絲在高溫下氧化。

（3）真空冶金:可以保護活性金屬在熔化、澆鑄和燒結等過程中不致氧化，如活性難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮、鈦和鋯等的真空熔鍊。真空鍊鋼可以避免加入的一些少量元素在高溫中燒掉和有害氣體雜質等的滲入，可以提高鋼的質量。

（4）用作熱絕緣：如保溫瓶可以儲存冷、熱飲料和食品。

高真空

高真空可用於熱絕緣、電絕緣和避免分子、電子、離子碰撞的場合。

（1）熱絕緣：如杜瓦瓶可用來貯存液態空氣、液態氮和液態氦等。

（2）電絕緣：如用於真空開關和高壓器件（加速器、電子管）等。

（3）避免分子、電子和離子碰撞：高真空中分子自由程大於容器的線性尺寸，因此高真空可用於電子管、光電管、陰極射線管、Ｘ射線管、加速器、質譜儀和電子顯微鏡等器件中，以避免分子、電子和離子之間的碰撞。這個特性還可應用於真空鍍膜：從真空鍍膜蒸發源蒸發出的塗覆材料的原子，以直線運動到達待塗的基片上，而且在途中原子之間要不發生碰撞，這樣得到的沉積薄膜質量優良，可供光學、電學或鍍制裝飾品等方面使用。