Этапы развития вакуумной техники (историческая справка)

Герон из Александрии (Heronis Alexandrini, Hpojv о AZecgvopei’ig, 10-75) описывает приспособления (шприц и колба Герона), которые можно считать прототипами пневматических механизмов, использованных позднее для создания разрежения.

Первое слово в вакуумной технике — открытие вакуума, или, как говорили раньше, «торричеллиевой пустоты» — принадлежит выдающемуся итальянскому физику и математику XVII в. Эванджелиста Торричелли (Torricelli Evangelista) (1608-1647) — изобретателю ртутного барометра (1643 г., публикация в «Opera geometrica», 1644 г.) (рис. 1.3). Запаянная стеклянная трубка длиной 1 м заполняется ртутью и переворачивается в чашку с ртутью открытым концом (рис. 1.4). В трубке остается примерно 760 мм ртути, далее — вакуум. Аналогичный опыт, но с водой, был проведен в 1646 г. французом Блезом Паскалем (Pascal Blas) (1623-1662) (рис. 1.5).

В 1654 г. губернатор Магдебурга Отто фон Герике (Otto von Goerike) (1602-1685) провел откачку воздуха из полости между металлическими полушариями при помощи разработанного им первого примитивного вакуумного водоуплотняемого поршневого насоса. Атмосферное давление сжало полушария так, что их не могли разорвать 8 пар лошадей (рис. 1.6). Правда, следует отметить, что все эти опыты проводились для определения величины атмосферного давления.

Одно из первых наблюдений падения давлений в результате улавливания атомов металлической пленкой (т.е. сорбционная откачка) проведено в 1858 г. немецким физиком Юлиусом Плакером (Julius Plucker) (1801-1868).

Первая криогенная откачка с помощью активированного угля, охлаждаемого жидким воздухом, проведена в 1876 г. шотландцем лордом Джеймсом Дьюаром (Sir Dewar James) (1842-1923) — изобретателем бездымного пороха, термоса и «сосуда Дьюара».

Первые опыты по связыванию молекул газа с помощью паров пятиокиси фосфора с образованием нелетучего соединения (хемосорбция, геттерная откачка) проведены итальянцем Артуро Малиньяни (Arturo Malignani) (1865-1939) в 1894 г. при производстве ламп накаливания.

Разработка жидкостных насосов (ротационного ртутного и масляного) проведена в 1903 г. пионером вакуумной техники немецким ученым Вольфгангом Гедэ (Wolfgang Max Paul Gaede) (1878-1945), создавшим позднее молекулярный (1912 г.) и диффузионный (1915 г.) насосы, а диффузионных (конденсационных) ртутных насосов — одновременно американцем шотландского происхождения нобелевским лауреатом по химии 1932 г. Ирвином Ленгмюром (Langmuir Irwing) (1881-1957) в лаборатории фирмы «Дженерал Электрик» и русским ученым Станиславом Антоновичем Боровиком (1882-1958) в 1916 г.

В области вакуумметрии (т.е. замера глубины вакуума) разработка деформационного манометра проведена французским часовщиком Эженом Бурдоном (Eugene Bourdon) (18081884) в 1849 г ., компрессионного манометра — шотландцем Гербертом Мак-Леодом (Herbert G. McLeod) (1841-1923) в 1874 г.

Разработка теплового (термопарного) манометра выполнена немцем Марчелло Пирани (Marcello Stefano Pirani) (18801968) в 1906 г. и усовершенствована К.Ф. Хейлом в 1911 г., ионизационного — Оливером Бакли (Oliver Ellsworth Buckley) (1887-1959) в 1916 г. (Research Laboratory, American Telephone and Telegraph Company and Western Electric Company), ионизационного манометра с холодным катодом — голландским физиком Францем Мишелем Пеннингом (Frans Michel Penning) (1894-1953) в 1936 г., ионизационного с горячим катодом -в 1950 г. американцами Робертом Байярдом и Дэниэлом Альпертом (Robert T. Bayard and Daniel Alpert).

В СССР становление вакуумной техники связано с именем академика Сергея Аркадьевича Векшинского (1896-1974), организовавшего и возглавившего в 1928 г. вакуумную лабораторию на ленинградском заводе «Светлана», а затем — научноисследовательский вакуумный институт в Москве, носящий ныне его имя.

Параллельно разработкам по созданию вакуумной техники было открыто три элементарные частицы — протон, нейтрон и электрон.

Второй волной в развитии вакуума (1950-1960-е гг.) стала разработка ускорителей заряженных частиц, электронных микроскопов, установок управляемого термоядерного синтеза и имитаторов космического пространства.

Вообще в истории развития вакуумной техники можно выделить три основных этапа:

• 1) улучшение вакуума (достижение максимального разрежения);

• 2) увеличение размеров вакуумных устройств;

• 3) увеличение скоростей откачки и решение вопросов поддержания высокого и сверхвысокого вакуума.