Microscopio electrónico en el garaje. Vacío negro

Si se perdió versiones anteriores, asegúrese de leer .

El vacío anterior en el microscopio resultó ser un factor muy motivador para continuar el trabajo :) ¡Después de todo, lo más interesante es obtener un alto vacío e iniciar el sistema de haz de electrones!



Para hacer esto, necesita revivir la bomba de difusión (aceite de vapor) . Carece de una parte importante: el calentador, pero de lo contrario funciona, e incluso dejó una cierta cantidad de aceite de vacío nativo, llamado fluido de trabajo .

Permítame recordarle que la bomba de difusión funciona de acuerdo con un esquema muy simple. En el interior, se vierte aceite, que se calienta con un calentador. Cuando comienza a hervir (aproximadamente 180-200 grados Celsius), su vapor sale a través de boquillas especiales dentro de la bomba con velocidad supersónica y se condensa en las paredes, que se enfrían especialmente desde el exterior. En el camino, las moléculas de aceite chocan con las moléculas de gas y, por lo tanto, las hacen avanzar más cerca de la entrada de la bomba delantera.
Ilustración del libro de N.G. Sushkin . Microscopio electronico. M., 1949. En ese momento se consideraba normal usar mercurio como fluido de trabajo, y el libro incluso presentó un dispositivo para atrapar el vapor de mercurio. Pero ya se ha escrito mucho sobre los méritos de los aceites especiales de vacío.

Cafetera calentador de bomba diferencial

No pude encontrar de inmediato un calentador especial para la bomba, por lo que surgió la idea de poner a disposición herramientas al mismo tiempo utilizando equipos innecesarios.

Mis ojos se posaron en la vieja cafetera de goteo KRUPS, que se compró en los lejanos años 90 (se fabricó en Alemania y no en China, como la mayoría de los electrodomésticos ahora) y honestamente funcionó durante veinte años. La base para hacer café en este tipo de cafetera es un tubo de ebullición, que se combina con un calentador de bebidas terminado en forma de quemador.

¡Lo desmontamos y vimos un elemento calefactor de 1000 W de alta calidad, lleno de silumin, e incluso con un orificio en el medio a través del cual se puede fijar a un difusor!



En la foto de la derecha, puede ver que la superficie no es muy lisa y solo se une al plano en algunos puntos. Esto necesita ser reparado, y una fresa con una fresa de "mosca" ayudará.

¡Atención, un sonido fuerte (en realidad es igual de fuerte) y una vista en primera persona!



Listo, coloque el calentador en la bomba de difusión sin sacarlo del microscopio. Eché de menos el compuesto con pasta KPT-8 y también coloqué un termopar allí para observar la temperatura.



Desde abajo, lo presioné con un resorte para que no se produjera deformación debido a la expansión térmica. La manguera de vacío se bloqueó de la radiación de temperatura durante el experimento, por lo que todo está bien con ella. No era normal con otro :)

Dado que el calentador de la cafetera tiene una potencia de 1 kW y la bomba está diseñada para 600 vatios, no es bueno encender el calentador en la red. Entonces recordé un dispositivo producido por la industria soviética llamado Electronic Power Regulator RME 100/220 .


Este es el regulador de tiristores más común que se usa ampliamente en atenuadores (aunque ahora hay otros circuitos).

El principio de funcionamiento es muy simple: el elemento de control (tiristor) se enciende con retraso y, por lo tanto, parte de la sinusoide de CA se corta. Esto se ve claramente en el oscilograma: de



acuerdo con las instrucciones, la carga máxima conectada al RME 100/220 es de 100 vatios. Afortunadamente, hace unos 30 años, mi padre ya había actualizado uno de estos RME: ensambló un puente de diodos de diodos potentes en un radiador grande separado y colocó un tiristor potente allí. No fue necesario cambiar el circuito de control; no se calentó en absoluto.

Sorprendentemente, esta cosa se encontró bastante rápido (era uno de los elementos de la automatización ejecutiva, que funcionó hasta aproximadamente 1990), pero después de encender un problema se descubrió: el poder estaba casi desregulado. Revisé todos los cables, limpié todo del polvo, finalmente comencé a evaporarme y revisé todos los elementos paso a paso. Tiristor, tres diodos desde el puente de diodos: todo está en orden. Sin ninguna esperanza, compruebo el último cuarto diodo restante, ¡y resulta que está roto! Cambio lo mismo de mi stock a mi nativo y todo comienza a funcionar perfectamente.

Exteriormente, durante el proceso de reparación, se veía así:


Como todo está allí, entonces qué esperar, ¡vamos a descargar a un vacío profundo!

Intento de bombear n. ° 1. Bummer

Conectamos a un electricista, conectamos agua corriente para enfriar la bomba de difusión (dejémosla verter en la calle hasta ahora, no hay tiempo para esperar).

Encendemos el fornasos, giramos el regulador de potencia al máximo, abrimos todas las válvulas (higos con él, que los vapores de aceite entrarán en la columna, todo está en aceite allí, pero aún no lo he limpiado), mire el termómetro y el sensor de presión.

La temperatura del calentador aumenta y aumenta, la pasta comienza a humear, la presión nunca baja. Calentó el calentador a 200 grados, luego se enfrió.

No tiembla Cosas que hacer ... Conecté un termopar a otro lugar, a la bomba en sí, para saber cuál es la temperatura del aceite, no el calentador. Lo encendí nuevamente, comencé a calentar: la temperatura de la bomba alcanzó con dificultad hasta 100 grados, el humo de la pasta KPT-8 ya era visible a simple vista, todas las puertas estaban abiertas, he ventilado y calentado, el experimento fue todo lo mismo.

Miro, la temperatura comenzó a acercarse a 180, y luego la presión cambia repentinamente - comenzó el bombeo. 7 * 10 ^ -4 torr, 5 * 10 ^ -4 e incluso ha cambiado a 9 * 10 ^ -5 torr! Luego fue más lento (recuerde, la presión de trabajo del microscopio es 5 * 10 ^ -5 Torr).

Y aquí, sin sospechar nada, decidí tomar una foto, compartir con el resto de los participantes del proyecto, ¡mostrar éxito!



En primer lugar, me esforcé por el hecho de que el calentador se ilumina en rojo. Esto no era parte de mis planes, pero para controlar la temperatura de la bomba, todo estaba en orden, 180-190 grados Celsius. Por supuesto, inmediatamente desconecté la energía del calentador, continué enfriando el difusor y evacué (la bomba se calentó, el aceite estaba hirviendo y el vacío aún estaba bombeando) y alcancé una inercia de presión de trabajo de 5 * 10 ^ -5 torr.

Seguí mirando la foto y noté una caída grande y hermosamente brillante sobre ella. Fue una gota del calentador que me divertí tanto en el video de arriba ... Lo

enfrié, lo enfríé durante unos días (por ira, una broma :)), y lo volví a desarmar. El calentador no se puede restaurar, todo está fusionado, incluido el elemento calefactor.



Pero cuál es el problema, ¿por qué hubo un contacto térmico tan malo? Y todo resultó ser insignificantes. El perno con el que se monta el calentador en la bomba se suelda en el cuerpo y la soldadura sobresale por encima de la superficie. Taladré un agujero que ya estaba en el calentador al diámetro del perno con un pequeño margen. Pero la costura sobresaliente proporcionó un espacio entre el calentador y la parte inferior de la bomba. El calentador está sobrecalentado, la pasta KPT-8 no está diseñada para tales espacios (aproximadamente 1 mm) y temperaturas.

Intento de bombear n. ° 2. El éxito

No se desanime, necesitamos un nuevo calentador. Después de leer los foros de aspiradoras en el fabricante de chips y el foro de microscopios, descubrí que no era el único desconcertado por el problema de calentar el aceite en la bomba. Al principio, varias ideas originales vinieron a mi mente. Por ejemplo, ennegrezca la parte inferior de la bomba y coloque un par de lámparas halógenas a 500 vatios cada una. O coloque un quemador de inducción para que caliente la parte inferior de la bomba. Pero estos métodos son demasiado complicados (por qué poner un halógeno, si puede y solo necesita calentar), o no son adecuados para un microscopio electrónico (una cocina de inducción definitivamente interferirá con su radiación a un dispositivo sensible).

Por lo tanto, tomamos el primer anillo de la estufa eléctrica y verificamos si funciona.



Un devanado no funciona, el segundo funciona, y no necesitamos más. Es cierto que la superficie del quemador está de alguna manera oxidada en la parte superior, no es muy hermosa y no quiero volver a calentar todo por segunda vez al rojo.

Colocamos un torno, rectificamos la superficie y perforamos un agujero en el centro.



Recopilamos todo para intentar bombear. Una bomba de vacío frontal, un compresor, una bomba de diafragma para agua, un balde de agua como refrigerante (el invierno está en el patio, por lo que no hay problemas de enfriamiento), un voltímetro con lecturas de vacío en voltios. En ese momento, sin ninguna estética, lo principal es la funcionalidad. Resultó así: el



termómetro muestra una temperatura de 191.1 C, y el voltímetro - 3.33 V. Fórmulas para convertir voltios a pares:

para Pirani:

$$

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

Para cátodos calientes:

$$

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

Por lo tanto, la lectura de 3.3V corresponde a un vacío de 4.7 * 10 ^ -5 Torr, que es la presión de trabajo para este microscopio. Éxito! El experimento se repitió diez veces, por lo que todo está claro.

Para mostrar de manera más interesante el proceso de bombeo en el video, hice lo siguiente: tomé un magneto mecánico de un motor de combustión interna e introduje una salida de alto voltaje en la cámara de bloqueo del microscopio para observar visualmente cómo cambia la descarga dependiendo de la presión.



Los medidores de vacío visual incluso se basan en este efecto.

Que sigue

Una vez que se ha alcanzado el vacío, y no se han encontrado grandes problemas, debe hacer una cosa un poco aburrida, pero muy importante: organizar todo, organizar el estante con la herramienta, conectar y separar cuidadosamente los cables. Grabaré un video sobre esto en los próximos días y lo publicaré en mi canal . Probablemente notó que publiqué este artículo con un descanso bastante largo. Esto se debe a que los artículos "se pusieron al día" con el progreso del proyecto y ahora lo está siguiendo en tiempo real.

En el futuro cercano, el plan es el siguiente:

• Instalación del cátodo (y al mismo tiempo una pequeña alteración del conjunto del cátodo)
• Fuente de alimentación de alto voltaje (necesita averiguarlo, conectarlo)
• Creación de prototipos de circuitos electrónicos para controlar lentes electromagnéticas
• Visualización de un haz de electrones en una pantalla luminiscente.

Que necesitas

Estos artículos produjeron una buena respuesta, por lo cual gracias! Y a veces me preguntan qué puede ayudar en este o en proyectos de ciencia popular relacionados. En mis planes, hay otros experimentos con óptica electrónica, termofusión y magnetrón.


Como siempre, espero sus comentarios y gracias por mirar.

En la próxima serie , desarmamos la columna óptico-electrónica.