Cтраница 4
Внутри самого потока нет причин, которые могли бы вызвать движение. При движении в горизонтальных каналах действие силы тяжести отсутствует. В дальнейшем рассматривается ламинарное движение вязкостного потока в горизонтальном трубопроводе. [46]
Приведенные здесь соображения применимы только к молекулярному потоку. При более высоких давлениях, когда средняя длина свободного пути мала, поток существует только в направлении отрицательного градиента давлений, и, следовательно, пропускная способность не может предполагаться одинаковой в обоих направлениях. А А0, так что, вероятно, лучше применять эту поправку также и к области вязкостного потока. [47]
В масс-спектрометрах для газового анализа применяется как молекулярный, так и вязкостный поток, выбор типа того или другого натекания в каждом отдельном случае диктуется спецификой измерений. Каждый из потоков имеет свои преимущества и недостатки. При молекулярном натекании резервуар с образцом непрерывно обедняется легким изотопом, но зато существует линейная суперпозиция парциальных давлений компонентов ( изотопов) в напускном резер вуаре и ионизационной камере. Вязкостный поток, хотя и обеспечивает постоянство во времени состава образца в резервуаре, требует введения поправочного множителя ( mi / m2) / 2 в соотношение для указанных парциальных давлений. [48]
При диаметре насоса Н-5 около 16 см турбулентный поток в указанных условиях возникнуть не может. Все иные вакуумные системы установок для тепловой микроскопии снабжены насосами меньшей производительности и работают вне области существования турбулентного потока. В трубопроводе круглого сечения вязкостный поток воздуха при 20 С в условиях среднего давления Р будет наблюдаться только в том случае, если PD 500 х X 10 - 3 мм рт. ст. см. Когда значение PD 15 - Ю 3 мм рт. ст. см, поток будет молекулярным. Переход от вязкостного потока к молекулярному происходит постепенно в интервале давлений, изменяющихся почти в 50 раз. [49]
При турбулентном режиме поток газа Q, проходящий через трубопровод, приблизительно пропорционален квадратному корню из градиента давления, а при ламинарном или вязкостном режиме поток газа пропорционален градиенту давления. Вязкостное течение имеет место при относительно малой длине свободного пробега, когда только близкие к стенке молекулы сталкиваются с ней в первую очередь. Сопротивление в вязкостном потоке зависит от конфигурации трубопровода, от скорости, давления и природы протекающего газа. [50]
Такой результат, конечно, и следовало ожидать, так как это означает, что предельное давление в объеме такое же, как и предельное давление насоса, в то время как быстрота откачки при давлениях, значительно превышающих предельное, определяется из обычного соотношения, которое предполагает, что насос с быстротой откачки Sp соединен последовательно с сопротивлением Z. Соотношения, полученные в этом параграфе, применимы как к молекулярному, так и к вязкостному потоку, ибо они основываются только на предположении, что поток Q PV постоянен во всей вакуумной системе. Сравнение формул (1.72) и (1.33) показывает, что в области молекулярного потока насос эквивалентен диафрагме с последовательно присоединенным сопротивлением даже в тех случаях, когда давление близко к предельному. Это также справедливо в области вязкостного потока, если только давление Рй в уравнении (1.29) ниже критического. [51]
Чтобы получить вязкий потох, нужно повышать давление в баллоне V ( резко снижается длина свободного пробега молекул), либо увеличивать размеры капилляров. В свою очередь поток исследуемого газа непосредственно через ионный источник должен быть молекулярным во избежание воздействия молекул друг на друга. Следовательно, возникает ситуация, при которой по длине суживающегося на-пускателя ( в данном случае капилляра) присутствуют два рода натекания: вязкое и молекулярное. Недостатком вязкостного потока является сложная функциональная зависимость коэффициента вязкости от масс компонентов, что при недостаточной чистоте образцов может сказаться на результатах. С возрастанием подпорного давления в баллоне V область молекулярного потока резко сокращается. Если давление достаточно велико, чтобы предотвратить обратную диффузию, то остаточный газ почти не обогащается тяжелым изотопом. Хотя применение вязкого натекания связано с некоторыми трудностями, все же отдельные зарубежные исследователи идут по этому пути. [52]
Чтобы получить вязкий поток, нужно повышать давление в баллоне V ( резко снижается длина свободного пробега молекул), либо увеличивать размеры капилляров. В свою очередь поток исследуемого газа непосредственно через ионный источник должен быть молекулярным во избежание воздействия молекул друг на друга. Следовательно, возникает ситуация, при которой по длине суживающегося на-пускателя ( в данном случае капилляра) присутствуют два рода натекания: вязкое и молекулярное. Недостатком вязкостного потока является сложная функциональная зависимость коэффициента вязкости от масс компонентов, что при недостаточной чистоте образцов может сказаться на результатах. С возрастанием подпорного давления в баллоне V область молекулярного потока резко сокращается. Если давление достаточно велико, чтобы предотвратить обратную диффузию, то остаточный газ почти не обогащается тяжелым изотопом. Хотя применение вязкого натекания связано с некоторыми трудностями, все же отдельные зарубежные исследователи идут по этому пути. [53]
Успешное применение масс-спектрометра для анализа смесей связано-с необходимостью изучения условий натекания, для установления зависимости между составом анализируемого образца и составом паров в ионизационной камере. В масс-спектрометрии имеют место три типа газового потока: молекулярный, промежуточный и вязкостный. В молекулярном ( или кнудсеновском) потоке давление газа достаточно мало, и столкновения молекул со стенками происходят чаще, чем столкновения молекул друг с другом. В этих условиях скорость перемещения молекул параллельно стенкам трубки одинакова по всему сечению трубки; количество газа, протекающего по трубке, пропорционально разности давлений между ее концами; в смеси газов скорость истечения компонента зависит лишь от разности его парциальных давлений и не зависит от количества других присутствующих газов. В вязкостном потоке, появляющемся при более высоких давлениях, возникает градиент скорости по сечению трубки. Количество переносимого газа зависит от квадрата разности давлений и от коэффициента вязкости. Последний изменяется с изменением: состава смеси, и скорость натекания одного из компонентов смеси зависит от общего состава. [54]
Метод Нира применим к любому элементу, изотопы которого могут быть получены в чистом виде. С этой целью один объем был наполнен Аг36, другой Аг40; при помощи перекрывающего эти объемы крана изотопы смешивали посредством насоса Теплера. Таким образом, были снижены до минимума систематические ошибки. Для полной достоверности результатов Нир производил измерения изотопных отношений на двух масс-спектрометрах; на первом использовали молекулярное натекани е эталонного аргона, на втором - вязкостный поток образца того же состава, для которого требовалось вводить соответствующую поправку; таким образам отношение ионных токов пересчитывали с учетом множителя, равного корню квадратному из отношения масс-изотопов. [55]