Способ получения идеального вакуума

 

Использование: в вакуумной технике. Сущность изобретения: в капсулу после очистки статическим газовыделением нагнетается химически чистый газ с последующей положительной ионизацией его электровакуумным конденсатором объемного заряда статического поля электроловушки холода и тепловой электроловушкой статического магнитного поля с вакуумным выводом ионизированного газа-плазмы до значения 10¹⁰ мм рт. ст. Охлаждают стенки капсулы и выводят газ-плазму на величину вакуума 10^-45 мм рт. ст. 9 ил.

Изобретение относится к вакуумной технике.

Известен способ получения вакуума при помощи низких температур [1] Известен способ получения вакуума путем заполнения емкости жидкостью и последующего ее охлаждения до образования кристаллизационного слоя на стенках, затем после удаления жидкости из емкости осуществляют дальнейшее понижение температуры стенок емкости [2] Недостатками известного способа являются отсутствие возможности контроля за получением сверхвысокого вакуума, ограниченность применения сверхвысокого вакуума в связи с хрупкостью закристаллизовавшегося слоя на стенках емкости, малое значение вакуума.

Задачей изобретения является повышение сверхвысокого вакуума.

Данная задача решается за счет того, что капсулу помещают в двухстенную барокамеру, наружную полость которой заполняют химически чистым аргоном до давления 2,5 атм, а внутреннюю полость химически чистым гелием до давления 1,5 атм. Затем полость капсулы, сообщающуюся с полостями камер отвода, перевода и накопления, также заполняют химически чистым гелием до давления 1,5 атм и откачивают из них гелий до вакуумного значения 10^-10 мм рт. ст. при помощи высоковакуумного насоса, после чего нагревают металлические стенки камер и прилагают к ним электрический потенциал, полученный при взаимодействии электровакуумного конденсатора и электроловушек для вывода смеси гелия и газовыделения. Затем одновременно производят вакуумное выдувание остатков гелия и фонового газа из внутренней полости двухстенной барокамеры, полостей капсулы и сообщающихся с ней камер путем введения импульсами порций гелия и при постоянном отсосе высоковакуумным насосом до достижения вакуумного значения 10^-10 мм рт. ст. После этого увеличивают давление гелия в них до 4,5 атм и производят ионизацию гелия воздействием электрического потенциала электронно-вакуумного конденсатора и электроловушек холода и тепла, выводят ионизованный гелий до достаточного давления 10^-10 мм рт. ст. из полостей камеры отвода и капсулы в камеру перевода и накопления под действием камеры силового давления и затем металлические стенки капсулы, камер отвода, перевода и накопления охлаждают до -150^оС для концентрации положительных зарядов в кристаллической решетке стенки капсулы, выталкивающих положительно заряженные ионы гелия из полости капсулы совместным воздействием силы напряженности электрического поля между стенками капсулы и электрокерамической перегородкой электронно-вакуумного конденсатора до остаточного давления ионов гелия в полости капсулы от 10^-27 до 10^-45 мм рт. ст.

Общие признаки: предусмотрена защита от газовыделения, капсула вакуумных значений заполняется материальной средой, предусмотрено применение высоких значений холода.

Сопоставительный анализ признаков прототипа и заявляемого технического решения позволил выявить отличительные признаки в заявляемом способе получения идеального вакуума, следовательно, заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

При проведении изучения других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены, следовательно, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень техники.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в оборонной промышленности для защиты от военного лазера и от крылатых ракет, для нового типа радарно-невидимого самолета, в системе шумоподавления подводных лодок, для определения истинного нуля температур между теплом и холодом, в термоядерном синтезе, в пищевой промышленности, для сохранности пищевых продуктов в космосе, в медицине для соблюдения стерильности в хирургии, в металлургической промышленности для закалки металла без теплообмена.

На фиг. 1 и 2 показаны основные узлы установки для осуществления заявляемого способа; на фиг. 3 показана схема электронно-вакуумного конденсатора; на фиг. 4 конструкция электрода накопления; на фиг. 5 конструкция сеточного эмиссионного электрода; на фиг. 6 конструкция электрода накопления; на фиг. 7 конструкция электрода компенсации; на фиг. 8 электрическая перегородка; на фиг. 9 тепловая электроловушка.

Капсулу 1 помещают в двухстенную барокамеру 2 и 3 с полостями 4 и 5. Капсула 1 соединена с вакуумным насосом 6, а вакуумный насос 10 и компрессор 11 соединены трубопроводом с полостью 4 барокамеры 2. Компрессор 9 соединен с балоном 12 для химически чистого аргона, а компрессор 11 соединен с балоном 13 для химически чистого гелия. Капсула 1 электрически соединена с электроловушкой 14, снабженной электронагревателем 15, вакуумный насос 8 соединен трубопроводом с полостью 5 барокамеры 3. На трубопроводах установлены высоковакуумные вентили 16, 17, 18 и 19. Электроловушка 14 при помощи трубопровода соединена с вакуумным насосом 20, генератором 21 холода с трубой 22 охлаждения, аккумулятором 23 давления, выполненным в виде сильфона, компрессором 24, снабженным баллоном 25 с химически чистым элегазом.

В электроловушке 14 между электронагревателем 15 и трубой 22 охлаждения размещен зарядный металл 26, электроизолированный от них керамическими изоляторами 27 и 28. Зарядный металл 26 электроловушки 14 электрически соединен с зарядным металлом 29 электропоглотителя 30, покрытого изнутри электроизолятором из керамики. На выводах зарядного металла 26 электроловушки 14 установлены электроподогреватели 31 и 32.

К электропоглотителю 30 прикреплен электронно-вакуумный конденсатор 33, электрокерамическая перегородка 34 которого контактирует с зарядным металлом 29. Полость электропоглотителя 30 соединена с вакуумным насосом 35 при помощи трубопровода с высоковакуумным вентилем 36. На корпусе электропоглотителя 30 со стороны выводов от зарядного металла 29 установлена спираль 37 накала. В камере электропоглотителя 30 над зарядным металлом 29, покрытым слоем эмиссионного металла 38, установлена с зазором анодная пластина 39, электрически соединенная с высоковольтным выпрямителем 40 и трансформатором 41. Зарядный металл 29 электрически соединен с высоковольтным выпрямителем 40 через конденсаторные блоки 42 и 43 при помощи двойных выключателей 44, 45, 46, 47.

На фиг. 3 более подробно показана конструкция электронно-вакуумных конденсаторов 33, 97 и 107 с электропитанием.

Под электрокерамикой 34 установлен сеточный эмиссионный электрод 48, сеточный электрод 49 компенсации и сеточный электрод 50 накопления. Внутри корпуса 51 электронно-вакуумного конденсатора 33 установлен двухстенный сильфон 52 с рабочими объемами 53 и 54, к дну 55 которого прикреплены последовательно пластиковый изолятор 56, электрод 57 накопления и электрокерамическая перегородка 58. К нижней части металлического дна 55 с нижней стороны прикреплен второй двухстенный сильфон 59, кольцевая рабочая полость 60 которого соединена с компрессором 61 с вентилем 62, а вентилем 63 с выходом в атмосферу. Кольцевая полость 53 верхнего двухстенного сильфона 52 соединена с вакуумным насосом 64 через вентиль 65, через вентиль 66 с компрессором 67 и емкостью 68 для химически чистого элегаза.

Верхняя полость электронно-вакуумного конденсатора 33 в зоне электродов соединена через вентили 69 и 70 с атмосферой, а через вентиль 71 с вакуумным насосом 188 и через вентиль 72 с компрессором 73 с емкостью 74 химически чистого гелия.

К эмиссионному электроду 48 подводится напряжение от трансформатора 75 через плюсовый вывод выпрямителя 76, а минусовый вывод выпрямителя подсоединен к электроду 57 накопления. К сеточному электроду 50 подводится напряжение от трансформатора 77 через минусовый вывод выпрямителя 78, а плюсовый вывод его соединен с эмиссионным электродом 48. При этом образуется замкнутая цепь через напряженность между эмиссионным электродом 48 и электродом 50 накопления.

Электрод 49 компенсации соединен с минусовым выводом выпрямителя 79, питаемого трансформатором 80, а плюсовый вывод выпрямителя 79 через выключатели 81 и 82 и конденсаторный блок 83 соединен с эмиссионным электродом 48, образующий силу напряженности поля между эмиссионным электродом 48 и электродом 49 компенсации. Конденсаторный блок 83 через выключатель 89 последовательного соединен с выпрямителем 90 и трансформатором 91. Конденсаторный блок 84, соединенный через выключатель 85 с выпрямителем 86 и трансформатором 87, является эквивалентным конденсаторному блоку 83. Они включаются в цепь питания электродов поочередно выключателями 82 и 88. Выключатели 92-96 служат для замыкания соответствующих электрических цепей. Выключатель 93 снабжен электромагнитным прерывателем. В электрическую цепь электроловушки 14 и электропоглотителя 30 подключен электровакуумный конденсатор 97, электромагнитная пластина 98 которого соединена через двойной выключатель 99, разделительный конденсатор 100 и диод 101 с зарядным металлом 26 электроловушки 14, соединенным через выключатель 102 и диод 103 с зарядным металлом 29 электропоглотителя 30. От зарядного металла 29 напряженность через двойной выключатель 99 и разделительный конденсатор 104 передается к положительному электроду 105 электронно-вакуумного конденсатора 97.

Камера 7 отвода герметично соединена с электрокерамической перегородкой 106, имеющей экранирующую сетку электронно-вакуумного конденсатора 107. Зарядный металл 26 электроловушки 14 электрически соединен через разделительный конденсатор 108 с электродом 109 накопления, а электромагнитная пластина 110 через разделительный конденсатор 111 соединена с корпусом камеры 7 отвода и корпусом 112 отвода.

Полость капсулы 1 через высоковакуумный вентиль 113 соединена трубопроводом с камерой 114 перевода и камерой 115 накопления. Камера 114 перевода механически взаимодействует с камерой 116 силового давления, соединенной через высоковакуумный вентиль 117 с аккумулятором 118 газа, связанным с компрессором 119 и емкостью 120 для химически чистого гелия.

Вентили 121, 122, 123 соединяют полости камер между собой или атмосферой. Полости камер перевода 114 и накопления 115 соединены через вентили 124, 125 и 126 с компрессором 127 и полостью емкости 128 для химически чистого гелия, а также полостью аккумулятора 129. Вентили 130-133 соединяют полость 4 барокамеры 2 с вакуумным насосом 10 и компрессором 11, а также с атмосферой. Для подогрева стенок капсулы 1 предусмотрена спираль 134 накала, а для теплоотвода холодильник 135. Корпус камер перевода 114 и накопления 115 нагревается спиралью 136 накала, а охлаждается холодильником 137. Полость 5 барокамеры 3 соединена через вентиль 138 с аккумулятором 139 и через вентиль 140 с атмосферой. Вентили 141 и 142 соединяют соответственно компрессор 9 и вакуумный насос 8 с атмосферой. Вентили 143 и 144 служат для выдувания камер 114 и 115 в атмосферу и связаны через клапаны 145 и 146. Изоляционные вставки 147-153 предназначены для электрической изоляции и вакуумной изоляции металлических частей конструкции друг от друга. Вентили 154, 155 и 156 соединяют камеру 7 отвода с атмосферой через вентиль 157. Вентиль 158 соединяет полость аккумулятора 129 с атмосферой. Переменный резистор 159 служит для регулировки действия поля экранирующей сетки 179 от утечки электронов через электрокерамическую перегородку 106.

Теплостойкий изоляционный пластик 160, 161, 162 служит для вакуумной и электрической изоляции. Выключатели 163, 164 и 165 служат для замыкания и размыкания электрической цепи. Резисторы 166 и 167 служат для расхода энергии электронов. Керамическая изоляция 168 контактирует с металлическим корпусом 169 электропогло- тителя 30. Вентиль 170 служит для соединения с атмосферой. Электрод 49 компенсации (фиг. 7) состоит из электрокерамики 171, электрода 172 из заменителя серебра по теплостойкости и керамического изолятора 173. Сеточный электрод 50 накопления (фиг. 4) состоит из электрокерамики 174, электрода 175 из заменителя серебра по теплостойкости и керамического изолятора 176. Электрод 57 накопления (фиг. 6) состоит из электрокерамики 58 и электрода 177 из заменителя серебра по теплостойкости. Спираль 178 накала служит для нагрева эмиссионного электрода 48 электронно-вакуумного конденсатора 33.

Электрокерамическая перегородка 106 (фиг. 8) имеет экранирующую сетку 179. Пружина 180 взаимодействует с аккумулятором 129 давления. Аккумулятор 23 давления снабжен пружиной 181 возврата. Пружина 182 взаимодействует с камерой 114 перевода, а пружина 183 с камерой 115 накопления. Корпус барокамеры 2 изнутри покрыт пластиковой изоляцией 184.

Электроцепь разделительного конденсатора 111 снабжена выключателем 185. Камера 114 перевода охвачена двухстенным сильфоном 186, а камера 115 накопления двухстенным сильфоном 187.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В полости 5 барокамеры 3 создают вакуум с помощью вакуумного насоса 8 при открытых вентилях 138 и 142 и закрытых вентилях 140 и 141 до 10^-10мм рт. ст. что необходимо для сокращения времени процесса выдувания атмосферной примеси газа из полости 5 через вентиль 140, после чего закрывают вентиль 142 и отключают вакуумный насос 8. Затем открывают вентиль 141 и компрессором 9 из емкости 12 перекачивают аргон в полость 5 до давления 3 атм, после чего перекрывают вентиль 141, отключают компрессор 9, открывают вентиль 140, соединяющий полость 5 с атмосферой, и снижают давление до 1,5 атм. Для достижения в полости 5 атмосферы химически чистого аргона до 100% операцию заполнения и выдувания повторяют несколько раз до создания рабочего давления в полости 5 до 2,5 атм, закрывают вентиль 138, отключают компрессор 9 давления. Атмосфера химически чистого аргона необходима для обеспечения изоляции от атмосферы внутренних частей конструкции с целью непрохождения атмосферного газа к капсуле 1, что обеспечивает безопасную ионизацию гелия.

Давление аргона 3 атм необходимо в связи с тем, что барокамера 3, имея большой объем при большем давлении, значительно увеличивает время выдувания при том же значении химической чистоты аргона, как при давлении 3 атм.

Давление 1,5 атм оставшегося аргона в полости 5 необходимо для того, чтобы атмосферный газ не попадал в данную полость в связи с различием давления в полости, большего, чем атмосферного.

2,5 атм создаются не больше данной величины по причине возможности значительного попадания аргона в полость 4 во время вакуумного воздействия в барокамере 2 при больших давлениях, чем 2,5 атм, что неприемлемо в связи с возможностью затруднения вакуумного действия по величине вакуума. Меньше 2,5 атм аргона не следует создавать по причине увеличения объемных размеров полости 5 при возникновении потребности аргонной изоляции от атмосферных газов, что может противоречить эрганомике конструкции.

Второй этап работы установки заключается в том, что в полости 4 барокамеры 2 создают вакуумным насосом 10 вакуум до 10^-10 мм рт. ст. при закрытых вентилях 131 и 133 и открытых вентилях 130 и 132, затем закрывают вентиль 132, отключают вакуумный насос 10 и открывают вентиль 131 для подачи с помощью компрессора 11 из баллона 13 химически чистого гелия до давления 5 атм, затем при закрытом вентиле 131 выключают компрессор 11 и открывают вентиль 133, соединяющий полости 4 с атмосферой, стравливают гелий до остаточного давления 1,5 атм. До достижения в полости 4 атмосферы химически чистого гелия до 100% операцию заполнения и выдувания повторяют.

Третий этап работы установки. Для создания вакуума в полостях капсулы 1, камеры 7 отвода, камеры 114 перевода и камеры 115 накопления закрывают вентили 126, 155 и 158 и открывают вентили 113, 125, 143, 124, 144, 154, 156 и 157, соединяющие вакуумный насос 6 со всеми указанными полостями, который обеспечивает остаточное давление в них до 10^-10 мм рт. ст. после чего перекрывают вентиль 156 и отключают насос 6.

Создание вакуума с помощью вакуумного насоса 6 до значения 10^-10 мм рт. ст. необходимо для удаления большей части атмосферного газа с целью ускорения процесса выдувания и в целях экономии чистого газа, затрачиваемого на выдувание.

Затем в вышеуказанные полости компрессором 127 из емкости 128 подают химически чистый гелий до давления 5 атм и открывают вентиль 158, соединяющий полости с атмосферой, и снижают давление гелия до 1,5 атм. Для достижения в полостях атмосферы химически чистого гелия до 100% операцию заполнения и выдувания повторяют несколько раз.

Значение вакуума в полости 4 барокамеры 2 до 10^-10 мм рт. ст. необходимо с целью обеспечения диэлектрической изоляции капсулы 1 с внутренними частями конструкции в связи с тем, что вакуум имеет диэлектрическую проницаемость. Поэтому чем больше вакуумное расстояние, тем ниже проницаемость вакуума как диэлектрика, чем вызывается его устойчивость как изолятора при значении 10^-10 мм рт. ст. 100%-ная химическая чистота гелия необходима для устранения атмосферной примеси от влияния на капсулу 1 и внутренние части конструкции.

После этого закрывают вентили 117, 121, 123 и включают компрессор 119, открывают вентиль 122 и подают химически чистый гелий из емкости 120 в аккумулятор 118 газа. По достижении набора давления 7-8 атм открывают вентиль 117 и гелий заполняет камеру 116 силового давления, после чего закрывают вентили 117, 122 и последовательно открывают вентили 121 и 123 для выдувания полости камеры силового давления гелия до остаточного давления 1,5 атм. Операцию заполнения и выдувания повторяют несколько раз. Данная операция необходима для обеспечения выдуванием атмосферной примеси до 100% химической чистоты гелия в камере 116 силового давления с целью создания однородности газа внутри барокамеры 2.

На четвертом этапе работы установки выводят электронно-вакуумные конденсаторы 33, 97 и 107 в рабочий режим. Подробная схема электронно-вакуумных конденсаторов 33, 97 и 107 показана на фиг. 3.

Вакуумным насосом 64 создают в полости 53 двухстенного сильфона 52 вакуум до 10^-10 мм рт. ст. при закрытых вентилях 66 и 170 и открытом вентиле 65, после чего закрывают вентиль 65 и выключают вакуумный насос 64. Затем включают компрессор 67, открывают вентиль 66 и перекачивают из емкости 68 химически чистый элегаз в полость 53 до давления 3,5 атм, после чего закрывают вентиль 66, открывают вентиль 170 для выдувания элегаза в атмосферу для остаточного давления 1,5 атм. Операцию за- полнения и выдувания повторяют несколько раз.

Элегаз в полости 53 необходим для обеспечения диэлектрической изоляции объемного электронного заряда в полости 54. В полости 54 двухстенного сильфона 52 создают вакуум до 10^-10 мм рт. ст. при помощи вакуумного насоса 188 при закрытых вентилях 70 и 72 и открытых вентилях 69 и 71. Затем вентиль 71 закрывают и включают компрессор 73, после чего открывают вентиль 72 для перевода химически чистого гелия из полости 74 в полость 54 и создания давления гелия до 3,5 атм. а затем закрывают вентиль 72 и открывают вентиль 70 для выдувания гелия из полости 54 в атмосферу до остаточного давления 1,5 атм. Операцию заполнения и выдувания повторяют несколько раз. После этого в полости 54 создают вакуум до 10^-10 мм рт. ст. при помощи вакуумного насоса 188 для удаления гелия из полости, при открытых вентилях 69 и 71 и закрытых вентилях 70 и 72 в полости 54 набирается вакуум до 10^-10 мм рт. ст. с целью обеспечения возможности температурной эмиссии электронов из электрода 48 в замкнутую полость 54 и для накопления объемного электронного заряда, что определяется соотношением ▿²U , где ρ плотность объема заряда; ε_о диэлектрическая проницаемость вакуума; ▿²U изменение напряжения (уравнение Пуансона).

Затем в полости 53 поднимают давление элегаза до значения, при котором эмиссионный электрод 48 устанавливается на необходимое расстояние от электрода 57 накопления. Электрод 48 устанавливается от электрода 57 на необходимое расстояние двумя способами в зависимости от гофры: если гофра толстая, с помощью давления элегаза в ней, если гофра тонкая, с помощью сброса давления в ней. Но в этом случае необходимо значительно большее удаление стенок двухстенного сильфона 52, что может привести к увеличению объема полости 53 для обеспечения необходимой диэлектрической изоляции элегаза.

После этого при помощи спирали 178 накала нагревают сеточный электрод 48 для создания температурной эмиссии электронов в полость 54. Перед включением электродов 48, 50 и 57 в электрическую цепь производят поочередную зарядку блоков конденсаторов 83 и 84 от трансформаторов 87 и 91 через высоковольтные выпрямители 90 и 86 при включенных выключателях 95 и 89 и отключенном выключателе 82. После зарядки блока конденсаторов 83 отключают двойной выключатель 89 и включают одновременно двойной выключатель 82, выключатели 93 и 94, при этом производится зарядка блока конденсаторов 84 при отключенном двойном выключателе 88 и включенных выключателях 85 и 96. Для обеспечения замкнутой цепи электронно-вакуумного конденсатора при одновременном переключении выключателей 82, 88, когда они разомкнуты, включают выключатель 92 и выключают его при замыкании цепи выключателей 82 или 88. Одновременно с этим отключают выключатель 92.

От высоковольтных выпрямителей 76 и 78 через замкнутую цепь возникает сила напряженности электрического поля между эмиссионным электродом 48, сеточным электродом 50 и электродом 57 накопления. Из блока конденсаторов 83 электроны перемещаются к эмиссионному электроду 48 и под действием сеточного электрода 50 поступают в полость 54. Далее при замыкании выключателя 93, снабженного электромагнитным прерывателем, электроны доходят до сеточного электрода 50 накопления, а при размыкании перемещаются далее к электроду 57 накопления. Для увеличения концентрации объемного заряда в полости 54 у электрода 57 производят сжатие двухстенного сильфона 52, при этом одновременно происходит расширение полости 60 двухстенного сильфона 52 под действием компрессора 61 при закрытом вентиле 63. Перед сжатием двухстенного сильфона 52 закрывается вентиль 69 с целью герметичного уплотнения объемного электронного заряда полости 54.

На трансформаторе 80 имеется самое большое напряжение среди других трансформаторов электронно-вакуумного конденсатора в связи с необходимостью удержания объемного заряда и его силы поля.

Перед сжатием сильфона 52 отключают выключатели 93 и 94 с одновременным подключением электрода 49 компенсации в цепь блока конденсаторов выключателем 81. В результате увеличения концентрации объемного электронного заряда микроток утечки через диэлектрик компенсируется электродом 49, подключенным к блоку конденсаторов 83. Сила напряженности электрического поля, возникающая между электродами 48 и 49, больше силы поля объемного электронного заряда на величину компенсации микроутечки заряда.

Пятый этап работы касается подготовки электроловушки 14 в рабочий режим. В полостях электроловушки 14 и аккумулятора 23 создают вакуум до 10^-10 мм рт. ст. насосом 20 при открытых вентилях 17 и 18 и закрытых вентилях 16 и 19. Затем закрывают вентиль 17 и отключают вакуумный насос 20, включают компрессор 24 и открывают вентиль 19 для подачи из баллона 25 химически чистого элегаза в полость электроловушки 14 и аккумулятора 23 давления до давления 5 атм, открывают вентиль 16, выдувают элегаз до остаточного давления 2,5 атм и закрывают вентиль 16. Операцию заполнения и выдувания полостей производят несколько раз. Данное выдувание с предварительным набором вакуума до значения 10^-10 мм рт. ст. необходимо для 100%-ной химической чистоты элегаза.

Шестой этап работы касается подготовки электропоглотителя 30 и электронно-вакуумного конденсатора 33 в рабочий режим. В полости электропоглотителя 30 создают вакуум 10^-10 мм рт. ст. с помощью вакуумного насоса 35 при открытом вентиле 36, затем подключается спираль 37 накала, нагревающая корпус 169, керамическую изоляцию 168, от которых тепло передается зарядному металлу 29 и слою эмиссионного металла 38, в результате чего происходит температурная эмиссия электронов в вакуумную полость. Вакуумный насос 35 работает постоянно при открытом вентиле 36 для поддержания постоянного вакуума не ниже 10^-10 мм рт. ст. Это значение вакуума в большей степени способствует температурной эмиссии электронов, чем при меньших значениях. Вентиль 36 во время работы насоса 35 не закрывается в связи с тем, что данный вакуум своим диапазоном обеспечивает диэлектрическую изоляцию полости электропоглотителя 30 от электропроводности в атмосферу.

Между анодной пластиной 39 и слоем эмиссионного металла 38 в вакууме возникает сила напряженности электрического поля под действием высоковольтного выпрямителя 40, к которому поочередно подключаются блоки конденсаторов 42 и 43 через двойные выключатели 44 и 46, при этом, когда замкнуты выключатели 46 и 165, нормально разомкнут выключатель 44. В результате нагрева в зарядном металле 29 происходит ослабление связи в кристаллической решетке между электронами и ядрами, при этом сила поля объемного заряда электронно-вакуумного конденсатора 33 через электрокерамику 34 взаимодействует с электронами зарядного металла 29, концентрируя их в слое эмиссионного металла 38, откуда они под действием температурной эмиссии и силы напряженности электрического поля перемещаются к анодной пластине 39. Вакуум в полости электропоглотителя 30 создается раньше, чем вводится в рабочий режим электровакуумный конденсатор. Электроны от анодной пластины расходуют свою энергию на резисторах 166 и 167 при поочередном подключении к блокам конденсаторов 42 и 43, в результате чего зарядный металл 29 приобретает положительный заряд с недостатком электронов и, как следствие этого, усиливается взаимодействие между зарядом электронно-вакуумного конденсатора 33 и зарядным металлом 29 электропоглотителя 30 через силу напряженности. При этом зарядный металл 29 приобретает силу поля положительного заряда.

На седьмом этапе работы осуществляется взаимодействие электроловушки электропоглотителя и электронно-вакуумного конденсатора. Для нагрева зарядного металла 26 подключают спираль 15 накала к источнику энергии, которая передает тепло к зарядному металлу 26 через керамический электроизолятор 27, в результате чего происходит ослабление связи электронов и ядер кристаллической решетки зарядного металла 26. Для совместной работы электроловушки 14 и электропоглотителя 30 при взаимодействии их с электронно-вакуумным конденсатором 97 замыкают выключатели 99 и 102. При этом образуется замкнутая электрическая цепь: электронно-вакуумный конденсатор 97 электроловушка 14 электропоглотитель 30. Сила напряженности электрического поля передается от электромагнитной пластины 98 на разделительный конденсатор 100, диод 101, зарядный металл 26, зарядный металл 29, разделительный конденсатор 104, электрод 105 накопления и создает перемещение электронов из зарядного металла 26 электроловушки 14 в зарядный металл 29 электропоглотителя 30, откуда они перемещаются к анодной пластине 39 и расходуются на сопротивлениях 166 и 167 цепи электропоглотителя. Поэтому зарядный металл 26 приобретает положительный заряд с недостатком электронов, таким образом, электроловушка подготовлена к работе.

На фиг. 9 показано устройство тепловой электроловушки.

Вентиль 189 соединен через камеру 190 с вакуумным насосом 191, при этом камера 192 соединена с компрессором 193 и баллоном 194. Спираль 195 накала соединена с керамической формой 196. Вентили 197 и 198 соединены с камерами 190 и 192. Зарядный металл 199 имеет контактную связь с электродами 200 и 201. Генератор 202 холода соединен с керамической формой 203 и пружинами 204 и 205 возврата, а также с гофрой 206. Вентиль 207 и 208 соединены с камерами 190 и 192. Гофра 209 соединена с камерами 190 и 192 совместно с пружинами 210 и 211 возврата. Мотор 212 соединен через редуктор 213 с круглым алмазным диском 214. Вентили 215 и 216 совместно с гофрой 217 соединены с камерами 190 и 192. Алмазная форма 218 соединена с собственным неподвижным крепежом 219, который соединен с подвижным крепежом 220. Токовыводы 221 и 222 соединены с алмазной формой 218. Неподвижный крепеж 219 соединен с пружинами 223 и 224 возврата. Вентиль 225 соединен с компрессором 193.

Работает устройство следующим образом.

Открывается вентиль 189 при закрытых вентилях 208, 215, 198 и при открытых вентилях 207, 216, 197. Включается в работу вакуумный насос 191, и он обеспечивает вакуумом полости с указанными закрытыми вентилями до величины 10^-10 мм рт. ст. Затем отдельными порциями элегаза из баллона 194 через вентиль 225 и компрессор 193 производится вакуумное выдувание химических остатков атмосферы до стопроцентной химической чистоты элегаза. Затем перекрывается вентиль 189 и в камере с алмазной формой 218 набирается вакуум до величины 10^-10 мм рт. с. удерживая данную величину.

Затем при открытом вентиле 225 создается давление элегаза в несколько атмосфер при закрытых вентилях 216, 207, 197. Далее нагревается спираль 195 накала до высокой температуры и через керамическую форму 196 нагревает зарядный металл 199 при расширении гофры 209 и открытом вентиле 197. В результате в металле 199 ослабевает связь между ядрами и валентными электронами. В этот момент к электродам 200 и 201 прикладывается статистический потенциал электрического действия и металл 199 заряжается с недостатком электронов. Затем открывается вентиль 198 и происходит сброс давления газа через вентиль. Гофра 209 сжимается пружинами 210 и 211. Металл 199 имеет статический положительный заряд. Затем перекрываются вентили 197 и 198, открывается вентиль 207 при закрытом вентиле 208 и давление элегаза перемещает керамическую форму 203 до стыка с заряженным металлом 199 и в результате холод от генератора 202 охлаждает металл 199 до 270^оС. После охлаждения открывается вентиль 208 при закрытом вентиле 207 и выходящий газ дает возможность сжаться пружинам 204 и 205. Поэтому керамическая форма 203 выходит из соприкосновения. Затем открывается вентиль 216 при закрытом вентиле 215 и давление элегаза перемещает алмазную форму 218 при расширении гофры 217, в результате чего резьба алмазной формы 218 вступает в контакт с резьбой алмазной крышки 214. Затем включается мотор 212 и через редуктор 213 создается вращательное движение крышки 214. В результате крышка 214 входит по резьбе в алмазную форму 218, увлекая перед собой заряженный и охлажденный металл 199. Далее, когда алмазная крышка ввернута до упора, алмазная форма 218 нагревается до 400^оС. Под действием этого ограничение энергии теплового расширения металла 199 с помощью формы 218 приводит к преобразованию ограничения энергии теплового расширения во внутреннюю энергию положительного заряда металла 199, чем возбуждается высочайший статический потенциал положительного значения с высокой внутренней силой поля. Таким образом набирается статический потенциал электромагнитного поля, больший чем на любой атомной электростанции.

На восьмом этапе работы выводят гелий из полости 4 до вакуумного значения 10^-10 мм рт. ст. при постоянно работающем вакуумном насосе 10, открытых вентилях 130 и 132 и закрытых вентилях 131 и 133.

На девятом этапе работы выводят из полостей капсулы 1, камеры 7 отвода, камеры 114 перевода и камеры 115 накопления гелий до вакуумного значения 10^-10 мм рт. ст. при постоянно работающем вакуумном насосе 6, открытых вентилях 113, 143, 144, 154, 156, 157, 124, 125 и закрытых вентилях 126, 155, 158. Одновременно в полости 4 барокамеры 2 поддерживается вакуум атмосферы гелия до 10^-10 мм рт. ст. при постоянно работающем насосе 10, открытых вентилях 130, 132 и закрытых вентилях 131 и 133. Одновременно с созданием вакуума в капсуле 1 вводится в рабочий режим электронно-вакуумный конденсатор 107.

На десятом этапе работы установки отключают спираль 15 накала и охлаждают зарядный металл 26 с помощью генератора 21 с трубкой 22 охлаждения до температуры 270^оС для концентрации положительного заряда в кристаллической решетке зарядного металла до высокого положительного потенциала при сжатии его кристаллической решетки.

Данное охлаждение происходит при отключенных выключателях 99 и 102, когда зарядный металл 26 имеет значительный недостаток электронов. Выработка генератором холода -270^оС необходима с целью обеспечения зарядного металла 26 высоким потенциалом заряда и возбуждением силы поля, что обеспечивает положительный статический заряд кристаллической решетки концентрацией при охлаждении через сжатие металла 26, поэтому чем больше холод, тем больше потенциал заряда и его сила поля.

При этом подогревают электровыводы зарядного металла 26 электроподогревателями 31 и 32 для ограничения прохождения холода по электрической цепи. Затем нагревают металлические стенки капсулы 1 спиралью 134 накала, стенки камер перевода 114 и накопления 115 спиралью 136 накала для ослабления связи между электронами и ядрами кристаллической решетки. Перед подключением электрической цепи электроловушки 14 к электронно-вакуумному конденсатору 107 отключают выключатели 99 и 102, соединяющие конденсатор 97 и электропоглотитель 30 с электроловушкой 14.

При замыкании цепи образуется электрическая цепь: зарядный металл 199 разделительный конденсатор 108- электрод 109 накопления электромагнитная пластина 110 разделительный конденсатор 111, соединенный через выключатель 185 с корпусом камеры 7 отвода и капсулы 1 и корпусом 112 плазменного отвода. Электромагнитная пластина 110 через разделительный конденсатор 111 соединена с экранирующей сеткой 179 электрокерамики 106 и переменным резистором 159, соединенным с выводом зарядного металла 190. Переменный резистор 159 ставится на минимальное сопротивление с целью отсекания остатков газа гелия и электронов в полости электронно-вакуумного конденсатора 107 от камеры 7 отвода. Под действием силы напряженности электрического поля происходит перемещение электронов от металлоконструкций, нагреваемых спиралями 134 и 136, в тепловую электроловушку, при этом металлоконструкции приобретают положительный заряд с недостатком электронов, в результате чего возрастает связь фонового газа с кристаллической решеткой металлоконструкций. Для вывода электронов фонового газа повышают температуру нагрева спиралей 134 и 136 до значения, превышающего в 1,5 раза температурную эмиссию в вакуум, вследствие чего, положительно заряжаясь, ионы фонового газа, взаимодействуя с положительным зарядом, выводятся в полости капсулы 1 и камер перевода и накопления, в полость 4 двухстенной барокамеры 2 и вакуумными насосами 6 и 10 удаляются в атмосферу.

На одиннадцатом этапе работы установки после удаления фонового газа понижают температуру нагрева спиралей 134 и 136 до значения, превышающего в 1,4 раза температурную эмиссию в вакууме, и компрессором 11 импульсами подают гелий в полость для вакуумного выдувания при одновременной откачке вакуумным насосом 10 остатков фонового газа вместе с гелием до 10^-10 мм рт. ст. Аналогично из камер накопления 115 и перевода 114, полости капсулы 1 и камер отвода производят вакуумное выдувание остатков фонового газа вместе с гелием до 10^-10 мм рт. ст. В процессе вакуумного выдувания периодически отключают выключатель 185 на 3 с с целью улучшения тепловых колебаний в кристаллической решетке металлоконструкции и, следовательно, направленного вывода порции фонового газа в вакуумные полости с последующим удалением до 100% На двенадцатом этапе работы установки повышают давление гелия в полостях камер накопления 115 и перевода 114, капсулы 1 и камеры 7 отвода до 4,5 атм, подавая гелий из емкости 128 компрессором 127 при открытых вентилях 126, 124, 143, 144, 113, 157 и закрытых вентилях 125, 154, 158. Давление 4,5 атм необходимо не больше данной величины по причине возможности увеличения потребности в приложении большего электрического потенциала на большее количество газа, что нарушает работоспособность устройства. Не меньше 4,5 атм необходимо в связи с улучшением воздействия на гелий ионизацией при больших значениях давления до заданного уровня.

Поступивший в полости гелий, нагреваясь, отдает электроны, под действием силы напряженности электрического поля перемещаются в зарядный металл 199 тепловой электроловушки, а оставшийся гелий ионизован полностью.

На тринадцатом этапе работы повышают давление гелия от аккумулятора 118 в камере 116 силового давления до 15 атм, предварительно закрыв вентили 117, 121, 123, 143 и 144, и после набора необходимого давления, компрессором 119 в аккумуляторе 118 закрывают вентиль 122 и открывают вентиль 117. При этом двухстенный сильфон камеры 116 силового давления расширяется и сжимает пружину 182 возврата, одновременно с этим расширяется полость камеры 114 перевода, при этом открывается клапан 145, соединяющий с ней полости капсулы 1 и камеры 7 отвода, снижая в них давление. Затем закрывают вентиль 117, открывают вентиль 121 и компрессор 119 перекачивает гелий из камеры 116 силового давления в аккумулятор 118 при открытом вентиле 121. В результате пружина 182 возврата уменьшает объем полости камеры 114 перевода до прежнего значения. При этом открывается клапан 146 и ионизованный гелий, поступивший из полости капсулы 1 и камеры 7 отвода в камеру 114 перевода, выдавливается в камеру 115 накопления, при этом предварительно закрывают вентиль 124. В результате в полостях капсулы 1 и камеры 7 отвода остаются только остаточные положительно заряженные ионы гелия при вакуумном значении 10^-10 мм рт. ст. Затем перекрывают вентиль 113 и увеличивают сопротивление переменного резистора 159 до необходимого значения с целью улучшения прохождения силы поля электронно-вакуумного конденсатора 107.

Меньше 150^оС холода не должно быть потому, что при меньших значениях его может быть недостаточная концентрация положительного заряда металлоконструкции 112 и поэтому недостаточная сила поля положительного заряда металлических стенок капсулы 1, что неприемлемо. Между силой поля положительного заряда металлических стенок капсулы 1 и силой поля электронно-вакуумного конденсатора отрицательного заряда через электрокерамику 106 возникает сила напряженности электрического поля, действующая на остаточные положительные ионы гелия в капсуле 1, чем переводит данные ионы гелия в камеру 7 отвода.

Кроме этого, положительные ионы гелия через электромагнитные силы вытягиваются силой поля отрицательного заряда конденсатора 107 и фокусируются силой поля положительного заряда стенок капсулы 1 у вентиля 157 через отталкивание одноименных зарядов. После этого охлаждают до -270^оС стенки капсулы 1 и корпуса отвода 112 холодильниками 135 и 137. В результате под действием холода происходит концентрация положительных зарядов в кристаллической решетке стенок капсулы, создавая силу поля положительных зарядов, взаимодействующих с силой поля отрицательных зарядов электронно-вакуумного конденсатора 107. Перед охлаждением отключают выключатель 185 с целью исключения обратного хода электронов из зарядного металла 199 тепловой электроловушки. Под действием силы напряженности между электрокерамикой 106 конденсатора 107 и заряженной положительно металлической стенкой капсулы 1 положительно заряженные ионы гелия, отталкиваясь от стенок капсулы, поступают в камеру 7 отвода, после чего закрывают вентиль 157. В результате в полости капсулы 1 создается идеальный вакуум, достигающий значений 10^-27 10^-45 мм рт. ст.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВАКУУМА путем заполнения капсулы материальной средой и последующего удаления ее перекачиванием и конденсированием холодом высокого отрицательного значения, отличающийся тем, что в качестве материальной среды используют химически чистый газ, перед заполнением капсулу очищают статическим газовыделением, а после заполнения газ последовательно подвергают положительной ионизации электронно-вакуумным конденсатором объемного заряда статического поля, электроловушкой холода и тепловой электроловушкой статического магнитного поля с вакуумным выводом полученного ионизированного газа-плазмы до значения 10^-10 мм рт.ст., охлаждением стенок капсулы, а удаление ионизированного газа-плазмы осуществляют на величину вакуума 10^-45 мм рт.ст.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9