Elektronenmikroskop in der Garage. Schwarzes Vakuum

Wenn Sie frühere Versionen verpasst haben , lesen Sie diese unbedingt .

Das Vorvakuum im Mikroskop erwies sich als sehr motivierend für die weitere Arbeit :) Schließlich ist es am interessantesten, ein Hochvakuum zu erzeugen und das Elektronenstrahlsystem zu starten!



Dazu müssen Sie die Diffusionspumpe (Dampf-Öl-Pumpe) wiederbeleben. Es fehlt ein wichtiger Teil - die Heizung, aber ansonsten funktioniert sie und es verbleibt sogar eine bestimmte Menge natives Vakuumöl, das als Arbeitsflüssigkeit bezeichnet wird .

Ich möchte Sie daran erinnern, dass die Diffusionspumpe nach einem sehr einfachen Schema arbeitet. Im Inneren wird Öl gegossen, das von einer Heizung erwärmt wird. Wenn es zu kochen beginnt (ca. 180-200 Grad Celsius), tritt sein Dampf mit Überschallgeschwindigkeit durch spezielle Düsen im Inneren der Pumpe aus und kondensiert an den Wänden, die von außen speziell gekühlt werden. Auf dem Weg kollidieren die Ölmoleküle mit den Gasmolekülen und bringen sie so näher an den Einlass der Vorpumpe heran.
Illustration aus dem Buch von N. G. Sushkin . Elektronenmikroskop. M., 1949. Zu dieser Zeit galt es als normal, Quecksilber als Arbeitsmedium zu verwenden, und das Buch präsentierte sogar ein Gerät zum Einfangen von Quecksilberdampf. Über die Vorzüge spezieller Vakuumöle wurde jedoch bereits viel geschrieben.

Kaffeemaschine Differentialpumpenheizung

Ich konnte nicht sofort eine spezielle Heizung für die Pumpe finden, daher entstand die Idee, Werkzeuge gleichzeitig mit unnötigen Geräten zur Verfügung zu stellen.

Mein Blick fiel auf die alte Filterkaffeemaschine KRUPS, die in den fernen 90er Jahren zurückgekauft wurde (hergestellt in Deutschland selbst und nicht in China, wie die meisten Haushaltsgeräte heute) und zwanzig Jahre lang ehrlich arbeitete. Die Basis für die Kaffeezubereitung in dieser Art von Kaffeemaschine ist ein Kochrohr, das mit einem fertigen Getränkeheizer in Form eines Brenners kombiniert wird.

Demontierte es und sah ein hochwertiges 1000-W-Heizelement, gefüllt mit Siluminium und sogar mit einem Loch in der Mitte, durch das es an einem Diffusor befestigt werden kann!



Auf dem Foto rechts sehen Sie, dass die Oberfläche nicht sehr glatt ist und nur an wenigen Stellen an die Ebene angrenzt. Dies muss behoben werden, und ein Fräser mit einem Fliegenfräser hilft.

Achtung, ein lautes Geräusch (in Wirklichkeit ist es genauso laut) und eine Sicht aus der ersten Person!



Stellen Sie die Heizung fertig auf die Diffusionspumpe, ohne sie vom Mikroskop zu entfernen. Ich habe die Verbindung mit KPT-8-Paste verpasst und dort auch ein Thermoelement platziert, um die Temperatur zu beobachten.



Von unten drückte ich es mit einer Feder, so dass keine Verformung durch Wärmeausdehnung auftrat. Der Vakuumschlauch war während des Experiments gegen Temperaturstrahlung blockiert, daher ist alles in Ordnung. Bei einem anderen wurde es nicht normal :)

Da die Heizung der Kaffeemaschine eine Leistung von 1 kW hat und die Pumpe für 600 Watt ausgelegt ist, ist es einfach nicht gut, die Heizung im Netzwerk einzuschalten. Dann erinnerte ich mich an ein Gerät der sowjetischen Industrie namens Electronic Power Regulator RME 100/220 .


Dies ist der gebräuchlichste Thyristorregler , der häufig in Dimmern verwendet wird (obwohl es jetzt andere Schaltkreise gibt).

Das Funktionsprinzip ist sehr einfach: Das Steuerelement (Thyristor) wird verzögert eingeschaltet und daher ein Teil der Wechselstromsinuskurve abgeschaltet. Dies ist auf der Wellenform deutlich sichtbar:



Gemäß den Anweisungen beträgt die maximale Last, die an den RME 100/220 angeschlossen ist, 100 Watt. Glücklicherweise hatte mein Vater vor ungefähr 30 Jahren bereits ein solches RME aufgerüstet: Er baute eine Diodenbrücke aus leistungsstarken Dioden auf einem separaten großen Kühler zusammen und stellte dort einen leistungsstarken Thyristor auf. Der Steuerkreis musste nicht gewechselt werden, er wurde überhaupt nicht erwärmt.

Überraschenderweise wurde dieses Ding ziemlich schnell gefunden (es war eines der Elemente der Executive-Automatisierung, die bis etwa 1990 funktionierte), aber nach dem Einschalten wurde ein Problem entdeckt - die Leistung war fast ungeregelt. Ich überprüfte alle Drähte, reinigte alles von Staub, begann schließlich zu verdampfen und überprüfte Schritt für Schritt alle Elemente. Thyristor, drei Dioden von der Diodenbrücke - alles ist in Ordnung. Ohne Hoffnung überprüfe ich die verbleibende letzte vierte Diode und es stellt sich heraus, dass sie defekt ist! Ich ändere das gleiche von meinem Bestand auf meinen ursprünglichen und alles beginnt perfekt zu funktionieren.

Äußerlich sah er während des Reparaturprozesses so aus:


Da alles da ist - worauf Sie dann warten müssen, lassen Sie uns in ein tiefes Vakuum herunterladen!

Versuchen Sie, Nr. 1 zu pumpen. Schade

Wir schließen einen Elektriker an, wir schließen fließendes Wasser an, um die Diffusionspumpe zu kühlen (lassen Sie es direkt auf die Straße gießen, es gibt keine Zeit zu warten).

Wir schalten die Fornasos ein, drehen den Leistungsregler auf voll, öffnen alle Ventile (Feigen damit, dass Öldämpfe in die Säule gelangen, alles ist in Öl, aber ich habe es noch nicht gereinigt), schauen auf das Thermometer und den Drucksensor.

Die Temperatur der Heizung steigt und steigt, die Paste beginnt zu rauchen, der Druck fällt nie ab. Erhitzte die Heizung auf 200 Grad und kühlte dann ab.

Schüttelt nicht. Dinge zu tun ... Ich habe ein Thermoelement an einem anderen Ort angebracht - an der Pumpe selbst, um zu wissen, wie hoch die Temperatur des Öls ist, nicht der Heizung. Ich schaltete es wieder ein, begann mich aufzuwärmen - die Pumpentemperatur erreichte nur schwer bis zu 100 Grad, der Rauch aus KPT-8-Paste war bereits mit bloßem Auge sichtbar, alle Türen waren offen, ich habe belüftet und beheizt, das Experiment war alle gleich.

Ich schaue, die Temperatur näherte sich 180 und dann änderte sich plötzlich der Druck - das Pumpen begann. 7 * 10 ^ -4 Torr, 5 * 10 ^ -4 und hat sogar auf 9 * 10 ^ -5 Torr umgestellt! Dann ging es langsamer (erinnern Sie sich, der Arbeitsdruck des Mikroskops beträgt 5 * 10 ^ -5 Torr).

Und hier habe ich ahnungslos beschlossen, ein Foto zu machen - mit den anderen Projektteilnehmern zu teilen, Erfolg zu zeigen!



Zunächst habe ich mich von der Tatsache abgewandt, dass die Heizung rot leuchtet. Dies war nicht Teil meiner Pläne, aber um die Temperatur der Pumpe zu regeln, war alles in Ordnung, 180-190 Grad Celsius. Natürlich schaltete ich die Heizung sofort aus, kühlte den Diffusor weiter ab und evakuierte weiter (die Pumpe wurde erhitzt, das Öl kochte und das Vakuum pumpte immer noch) und erreichte eine Trägheit des Arbeitsdrucks von 5 · 10 & supmin; & sup5; Torr.

Ich schaute weiter auf das Foto und bemerkte einen großen, wunderschön glänzenden Tropfen darauf. Es war ein Tropfen von der Heizung, den ich im obigen Video so lustig gefräst habe ...

Er kühlte ab, kühlte sich einige Tage lang ab (vor Wut, einem Witz :)) und zerlegte alles wieder. Die Heizung kann nicht wiederhergestellt werden, alles ist abgesichert, einschließlich des Heizelements selbst.



Aber was ist los, warum war ein so schlechter Wärmekontakt? Und das Ganze stellte sich als Kleinigkeit heraus. Der Bolzen, mit dem die Heizung an der Pumpe montiert ist, wird in den Körper eingeschweißt und die Schweißnaht ragt über die Oberfläche hinaus. Ich bohrte ein Loch, das sich bereits in der Heizung befand, auf den Durchmesser des Bolzens mit einem kleinen Rand. Die hervorstehende Naht bot jedoch einen Spalt zwischen der Heizung und dem Boden der Pumpe. Die Heizung ist überhitzt, KPT-8-Paste ist nicht für solche Lücken (ca. 1 mm) und Temperaturen vorgesehen.

Versuchen Sie, Nr. 2 zu pumpen. Erfolg

Verliere nicht den Mut, wir brauchen eine neue Heizung. Nachdem ich die Staubsaugerforen auf dem Chiphersteller und das Mikroskopforum gelesen hatte, stellte ich fest, dass ich nicht der einzige war, der durch das Problem des Erhitzens des Öls in der Pumpe verwirrt war. Zuerst kamen mir verschiedene originelle Ideen in den Sinn. Schwärzen Sie beispielsweise den Boden der Pumpe und stellen Sie ein paar Halogenlampen mit jeweils 500 Watt ab. Oder setzen Sie einen Induktionsbrenner so ein, dass er den Boden der Pumpe selbst erwärmt. Diese Methoden sind jedoch entweder zu kompliziert (warum ein Halogen einsetzen, wenn Sie sich erwärmen können und müssen) oder nicht für ein Elektronenmikroskop geeignet (ein Induktionsherd stört definitiv die Strahlung eines empfindlichen Geräts).

Deshalb nehmen wir den ersten Ring vom Elektroherd und prüfen, ob er funktioniert.



Eine Wicklung funktioniert nicht, die zweite funktioniert - und wir brauchen nicht mehr. Es stimmt, die Oberfläche des Brenners ist oben irgendwie rostig, sie ist nicht sehr schön und ich möchte nicht alles ein zweites Mal auf Rot erwärmen.

Wir klemmen eine Drehmaschine ein, schleifen die Oberfläche und bohren ein Loch in die Mitte.



Wir sammeln alles, um das Abpumpen zu versuchen. Eine Vorvakuumpumpe, ein Kompressor, eine Membranpumpe für Wasser, ein Eimer Wasser als Kühlmittel (der Winter ist auf dem Hof, es gibt also keine Probleme mit der Kühlung), ein Voltmeter mit Vakuumwerten in Volt. Zu dieser Zeit, ohne jegliche Ästhetik, ist die Hauptsache die Funktionalität. Es stellte sich so heraus:



Das Thermometer zeigt eine Temperatur von 191,1 ° C und ein Voltmeter - 3,33 V. Formeln zur Umwandlung von Volt in Torres:

Für Pirani:

$$

$$\ begin {eqnarray} p & = & 10 ^ {4 (U-9.031)} \\ \ end {eqnarray}$$

Für heiße Kathode:

$$

$$\ begin {eqnarray} p & = & 10 ^ {U-7.625} \\ \ end {eqnarray}$$

Daher entspricht der 3,3-V-Wert einem Vakuum von 4,7 · 10 & supmin; & sup5; Torr, was dem Arbeitsdruck für dieses Mikroskop entspricht. Erfolg! Das Experiment wurde zehnmal wiederholt, sodass alles klar ist.

Um den Pumpvorgang im Video interessanter darzustellen, habe ich Folgendes getan: Ich habe einen mechanischen Magneten von einem Verbrennungsmotor genommen und einen Hochspannungsausgang in die Verriegelungskammer des Mikroskops gebracht, um visuell zu beobachten, wie sich die Entladung abhängig vom Druck ändert.



Visuelle Vakuummeter bauen sogar auf diesem Effekt auf.

Was weiter?

Sobald das Vakuum erreicht ist und keine großen Probleme gefunden wurden, müssen Sie eine etwas langweilige, aber sehr wichtige Sache tun: Um alles anzuordnen, das Rack mit dem Werkzeug zu organisieren, die Drähte sorgfältig anzuschließen und zu trennen. Ich werde in den kommenden Tagen ein Video darüber drehen und es auf meinem Kanal veröffentlichen . Sie haben wahrscheinlich bemerkt, dass ich diesen Artikel mit einer ziemlich langen Pause veröffentlicht habe. Dies liegt daran, dass die Artikel den Fortschritt des Projekts „eingeholt“ haben und Sie ihn jetzt in Echtzeit verfolgen.

In naher Zukunft sieht der Plan wie folgt aus:

• Installation der Kathode (und gleichzeitig eine kleine Änderung der Kathodenanordnung)
• Hochspannungsnetzteil (Sie müssen es herausfinden, es anschließen)
• Prototyping elektronischer Schaltungen zur Steuerung elektromagnetischer Linsen
• Visualisierung eines Elektronenstrahls auf einem Lumineszenzschirm

Was brauchst du

Diese Artikel haben eine gute Resonanz hervorgebracht, wofür ich mich bedanke! Und manchmal fragen sie mich, was bei diesem oder verwandten populärwissenschaftlichen Projekten helfen kann. In meinen Plänen gibt es weitere Experimente mit elektronischer Optik, Thermo- und Magnetron-Sputtern.


Wie immer freue ich mich auf Ihre Kommentare und danke Ihnen fürs Zuschauen!

In der nächsten Serie zerlegen wir die elektronenoptische Säule.