Detail předmětu

Electrovacuum instruments and cryogenic technique

FEKT-CEPTAk. rok: 2018/2019

Plyn , pára , tlak. Zákony ideálního plynu. Základy kinetické teorie plynů. Procesy při čerpání. Speciální elektronické obvody pro elektrovakuové přístroje. Přístroje založené na měření makroskopických vlastností plynu (vakuoměry, hmotnostní průtokoměry), na řízení trajektorie nabitých částic (hmotnostní spektrometry, elektronové mikroskopy) a na použití kryogenní techniky (kryogenní a kryosorpční vývěvy). Přístroje využívající výboje v plynu
(zařízení pro plazmatické depozice a plazmatické leptání, výbojové vývěvy).

Výsledky učení předmětu

Na základě ověření znalosti studenta ve cvičeních odborného základu, v laboratorní výuce a při písemné zkoušce je student po absolvování předmětu schopen :

Interpretovat zákony ideálního plynu: Boyle Mariottův, Gay Lussacův a Daltonův.
Odvodit a interpretovat stavovou rovnici plynů.
Odvodit ze stavové rovnice plynů závislost tlaku na koncentraci plynu a teplotě.
Definovat podmínky pro modelování procesů v plynech pomocí kinetické teorie plynů.
Vypočítat počet částic dopadajících ve vakuu na jednotku plochy za jednotku času.
Vypočítat střední volnou dráhu částic v plynu a diskutovat její vliv na průběh vakuových procesů.
Definovat a vysvětlit Maxwel-Boltzmannovo rozložení rychlosti částic v plynu.
Vypočítat střední, efektivní (střední kvadratickou) a pravděpodobnou rychlost částic v plynu.
Popsat objemové a transportní jevy v plynu - difúzi částic, viskozitu plynu a tepelnou vodivost plynu.
Popsat a diskutovat povrchové procesy ve vakuu - adsorpci , desorpci a vytvoření monomolekulárních a multimolekulárních vrstev.
Definovat a vysvětlit základní adsorpční izotermy – Langmuirovu, Henryho a izotermu BET.
Definovat tlak nasycené páry a diskutovat mechanismy spojené s tlakem nasycených par a jejich vliv na chování vakuových aparatur a na technologické procesy ve vakuu.
Definovat odpor a vodivost vakuového potrubí.
Definovat mechanismy proudění plynu vakuovým potrubím - proudění turbulentní, viskózní, molekulární a efúzní.
Vypočítat a změřit vodivost vakuového potrubí pro jednotlivé druhy proudění.
Definovat jmenovitou a efektivní čerpací rychlost vývěvy.
Definovat rovnici kontinuity a interpretovat její význam při čerpání vakuových aparatur.
Popsat procesy a mechanismy, které se uplatňují při čerpání vakuových aparatur.
Popsat a diskutovat ovlivnění čerpacího procesu netěsnostmi a desorpcí.
Vypočítat mezní tlak vakuové aparatury.
Vypočítat potřebnou čerpací rychlost vývěvy s ohledem na uspořádání aparatury.
Vypočítat čas potřebný k vyčerpání na žádaný tlak.
Změřit čerpací rychlost vývěvy metodou konstantního tlaku a metodou konstantního objemu.
Popsat a vysvětlit činnost transportních vývěv - rotační olejové vývěvy, Rootsovy vývěvy, turbomolekulární vývěvy, tryskové-ejektorové a difúzní olejové vývěvy.
Popsat a vysvětlit činnost sorpčních vývěv - titanové sublimační vývěvy, diodové iontové vývěvy a triodové iontové vývěvy, kryogenní vývěvy a kryosorpční vývěvy.
Definovat a vysvětlit metody měření vakua.
Popsat a vysvětlit princip tepelných vakuoměrů – termočlánkového a odporového.
Popsat a vysvětlit princip Penningova ionizačního vakuoměru.
Popsat a vysvětlit princip triodového ionizačního vakuoměru včetně typických oblastí aplikace.
Vysvětlit princip a použití speciálních elektronických obvodů pro elektrovakuové přístroje – vysokonapěťových zdrojů, vysokofrekvenčních generátorů a obvodů pro oddělení potenciálu.
Popsat a vysvětlit technologie vakuového pájení a svařování elektronovým svazkem.
Vysvětlit funkci přístrojů založených na řízení trajektorie nabitých částic – hmotnostních spektrometrů a elektronových mikroskopů.
Vysvětlit funkci přístrojů založených na použití kryogenní techniky - kryogenní a kryosorpční vývěvy.
Definovat a vysvětlit supravodivost a diskutovat využití supravodičů pro konstrukci supravodivých solenoidů.
Vysvětlit funkci přístrojů založených na použití výbojů v plynu - titanové výbojové vývěvy a iontových vývěv.
Vysvětlit použití techologií založených na výbojích v plynu - katodového naprašování, plazmatické depozice z plynné fáze a suchého leptání.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Doporučená nebo povinná literatura

Fikes,L.: Fyzika nízkých tlaků, SNTL, Praha, 1991. (CS)
Pátý,L.: Vakuová technika, ČVUT, Praha, 1990. (CS)
Grozskowski J.: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha, 1981 (CS)
Roth A.: Vacuum Technology, 3rd ed., North-Holland, Amsterdam (1990) ISBN: 0-444-88010-0
John F. O'Hanlon : “User's guide to vacuum technology”, 3rd ed., New Jersey, John Wiley, 2003. xviii,516p. ISBN : 0-471-27052-0

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují vzájemně provázané přednášky, numerická cvičení a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

Laboratorní cvičení - 30 bodů; minimum 20 bodů.
Závěrečná zkouška - 70 bodů; minimum 30 bodů.

Jazyk výuky

angličtina

Osnovy výuky

Plyn, pára, tlak. Zákony ideálního plynu. Stavová rovnice plynů. Základy kinetické teorie plynů. Střední volná dráha molekul plynu, Maxwelovo-Boltzmannovo rozložení rychlostí molekul plynu.
Procesy při čerpání. Proudění plynu vakuovým potrubím, odpor a vodivost potrubí. Vliv netěsností a desorpce. Druhy proudění - turbulentní, viskózní, molekulární, efúzní.
Procesy při čerpání - transportní a sorpční vývěvy. Rotační vývěvy, Rootsova vývěva, turbomolekulární vývěva. Tryskové-ejektorové a difúzní vývěvy. Sorpční vývěvy.
Základní technologické operace při výrobě elektrovakuových přístrojů.
Speciální elektronické obvody pro elektrovakuové přístroje - vysokonapěťové zdroje, vysokofrekvenční generátory, měření velmi malých proudů, obvody pro oddělení potenciálu, elektronické ochranné obvody.
Přístroje založené na měření makroskopických vlastností plynu.Vakuoměry tepelné. Hmotnostní průtokoměry. Viskozní vakuoměry. Ionizační vakuoměry.
Přístroje založené na řízení trajektorie nabitých částic - termoemise, ionizace, magnetické a elektrostatické vychylování.
Přístroje založené na řízení trajektorie nabitých částic - hmotnostní spektrometry.
Přístroje založené na řízení trajektorie nabitých částic - elektronové mikroskopy
Přístroje založené na použití kryogenní techniky - kryogenní technika v elektrovakuové technice, kryogenní a kryosorpční vývěvy.
Přístroje založené na použití kryogenní techniky - supravodivost, využití supravodivosti.
Přístroje využívající výboje v plynu - typy výbojů a příklady jejich využití. Parametry plazmatu a jejich měření.
Přístroje využívající výboje v plynu katodové naprašování, plazmatická depozice z plynné fáze, suché leptání. Titanová výbojová vývěva, iontová vývěva.

Cíl

Získání znalostí potřebných pro porozumění moderním a perspektivním vakuovým výrobně technologickým procesům v elektronice, elektrotechnice, a ve strojírenství.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení. Numerická cvičení.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-BC bakalářský

    obor BC-MET , 3. ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odborného základu

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor