БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (СВ)
Откачивающая система сверхвысоковакуумной установки состоит из основного насоса, включаемого после окончания прогрева и достижения высокого вакуума, и вспомогательного насоса, работающего при прогреве установки. Поскольку масса откачиваемого газа в условиях С. в. невелика, то в качестве основных применяют сорбционные, ионно-сорбционные и магниторазрядные вакуумные насосы, быстрота откачки которых достигает 106 л/сек (крупные установки), а предельный вакуум 10-13 мм рт. cm. Иногда в качестве основных применяют пароструйные (парортутные и паромасляные) и турбомолекулярные насосы.
Измерение С. в. осуществляется электронными ионизационными и магнитными электроразрядными вакуумметрами (см. Вакуумметрия). Нижний предел давлений у первых определяется фотоэлектронным током с ионного коллектора под действием рентгеновского излучения с анода (возникающего при его электронной бомбардировке). Существуют ионизационные вакуумметры специальной конструкции, в которых фоновый ток снижен. Наибольшее распространение получил манометр Байярда — Альперта; коллектор ионов в нём представляет собой тонкий осевой стержень, на который попадает лишь малая часть рентгеновского излучения анода. Нижний предел измерений ~10-10 мм рт. ст. Модулируя ионный ток в манометре Байярда — Альперта с помощью специального электрода, удаётся измерять давления до 10-11 мм рт. ст. Подавление фонового тока электричемким полем дополнительного электрода (супрессора) позволяет измерять ещё более низкие давления (особенно в сочетании с методом модуляции). Созданы конструкции, в которых коллектор экранирован от попадания на него рентгеновского излучения с анода. В манометре Редхеда ионы из области ионизации вытягиваются через отверстие в экране и при помощи полусферического рефлектора фокусируются на тонкий проволочный коллектор. В манометре Хельмера ионный поток, выходящий из отверстия в экране, отклоняется с помощью 90°-ного углового электростатического дефлектора и направляется к коллектору. В манометре Грошковского тонкий проволочный коллектор расположен напротив отверстия в торце анодной сетки и защищен от рентгеновского излучения стеклянной трубкой. Описанные приборы позволяют измерять давление до 10-12 мм рт. ст., а в отдельных случаях до 10-13 мм рт. ст.
Значительное уменьшение нижнего предела измеряемых давлений может быть достигнуто за счёт увеличения длины пробега электронов. В орбитронном манометре удлинение достигается с помощью электрического поля, а в ионизационном магнетронном манометре (манометр Лафферти) — с помощью магнитного поля. Этими приборами можно измерять давления до 10-12—10-13 мм рт. cm. Магнитные электроразрядные вакуумметры, применяемые для измерения С. в., имеют ряд особенностей: чтобы обеспечить зажигание и поддержание разряда при очень низких давлениях, увеличивают размеры разрядного промежутка, повышают анодное напряжение (5—6 кв) и напряжённость магнитного поля (>1000 э). Для исключения фонового тока, связанного с туннельной эмиссией с участков катода, расположенных вблизи анода, эти участки окружают заземлёнными экранами.
Для измерения парциональных давлений газов в условиях С. в. применяются масс-спектрометры, например омегатроном удаётся измерять давления до 10-10 мм рт. ст., а статическим, квадрупольным и др. масс-спектрометрами — до 10-12—10-13 мм рт. cm.
Лит. см. при статьях Вакуумная техника, Вакуумметрия.
Г. А. Ничипорович, В. С. Босов.
Сверхвысоких частот техника
Сверхвысо'ких часто'т те'хника, техника СВЧ, область науки и техники, связанная с изучением и использованием свойств электромагнитных колебаний и волн в диапазоне частот от 300 Мгц до 300 Ггц. Эти границы условны: в некоторых случаях нижней границей диапазона СВЧ считают 30 Мгц, а верхней — 3 Тгц. По типу решаемых задач и связанных с ними областям применения устройства и системы С. ч. т. (излучающие, передающие, приёмные, измерительные и др.) можно подразделить на информационные, относящиеся к радиосвязи, телевидению, радиолокации, радионавигации, радиоуправлению, технической диагностике, вычислительной технике и т. д., и энергетические, применяемые в промышленной технологии, бытовых приборах, в медицинском, биологическом и химическом оборудовании, при передаче энергии и т. д. Устройства и системы С. ч. т. используются как мощный инструмент во многих научных исследованиях, проводимых в радиоспектроскопии, физике твёрдого тела, ядерной физике, радиоастрономии и др. Весьма широкий диапазон СВЧ условно разбивают на отдельные участки, чаще всего определяемые длиной волны l, — участки метровых (l = 10—1 м), дециметровых (100—10 см), сантиметровых (10—1 см), миллиметровых (10—1 мм) и децимиллиметровых (или субмиллиметровых) (1—0,1 мм) волн. (Длина волны связана с частотой f соотношением l = clf, где с — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.)
Теория электромагнитного поля СВЧ основывается на общих законах электродинамики, в соответствии с которыми составляющие электромагнитного поля (векторы электрического и магнитного полей Е и н), зависящие от координат и времени, и характеристики источников, порождающих это поле (плотность заряда и плотность полного тока), связаны между собой системой Лоренца — Максвелла уравнений. Вводя понятие волнового сопротивления среды r = Е/Н, можно перейти к т. н. телеграфным уравнениям, которые устанавливают связь между напряжениями и токами в СВЧ устройствах (зависящими от координат и времени), с одной стороны, и электрическими параметрами устройств — с другой.
Общие свойства и особенности устройств С. ч. т. Устройствам С. ч. т. (особенно на длинах волн 30 см — 3 мм.) присущи характерные свойства, которые отличают их от устройств, применяемых в других, примыкающих к ним участках электромагнитного спектра. К числу таких свойств относятся: соизмеримость (как правило) длины волны с линейными размерами устройств и их элементов, соизмеримость времени пролёта электронов в электронных приборах с периодом СВЧ колебаний, относительно слабое поглощение волн в ионосфере и сильное (на определённых частотах) поглощение их в приповерхностном слое Земли, высокий коэффициент отражения от металлических поверхностей, возможность концентрации СВЧ энергии в узком луче, способность энергетического взаимодействия с веществом (молекулами и атомами), большая информационная ёмкость диапазона СВЧ и т. д.
Цепи, элементы и электронные приборы С. ч. т. В диапазоне СВЧ пассивные цепи (не содержащие источников энергии) и входящие в них элементы представлены главным образом т. н. линиями передачи и их отрезками в виде различных радиоволноводов (двухпроводных и коаксиальных — на метровых и дециметровых волнах; коаксиальных, полых и полосковых — на сантиметровых волнах; полых, диэлектрических и квазиоптических — на миллиметровых и субмиллиметровых волнах), посредством которых электромагнитная энергия направленно передаётся к приёмнику с целью последующего выделения в нём сигналов полезной информации либо энергии СВЧ. Обычно линия имеет длину, соизмеримую с длиной волны или большую, чем она; время распространения волны в линии соизмеримо с периодом СВЧ колебаний или превышает его. В отличие от электрических цепей (применяемых частично на метровых, но чаще на более длинных волнах), в которых индуктивность сосредоточена в катушке, ёмкость — в конденсаторе, активное сопротивление — в резисторе и которые называются цепями с сосредоточенными постоянными, ёмкость, индуктивность и активное сопротивление в линии передачи можно представить распределёнными вдоль всего проводника; поэтому линии относят к т. н. цепям с распределёнными параметрами. Электрические процессы, протекающие в такого рода цепях, требуют изучения не только во времени, но и в пространстве.
Когда к линии с одной стороны подключен генератор переменной эдс, а с другой — нагрузка, вдоль линии (от генератора к нагрузке) движется т. н. бегущая волна, переносящая энергию. Режим чисто бегущих волн наблюдается в линии только в том случае, если она нагружена на сопротивление, равное её волновому сопротивлению r; входное сопротивление такой линии (на клеммах генератора) также равно сопротивлению нагрузки; при отсутствии потерь в линии действующие значения напряжения тока вдоль неё везде постоянны, и передаваемая энергия полностью поглощается нагрузочным сопротивлением. В разомкнутой и короткозамкнутой линиях (рис. 1), наоборот, устанавливается режим стоячих волн, и вдоль линии чередуются узлы и пучности напряжения и тока. При любом ином значении и характере нагрузочного сопротивления нарушается условие согласования сопротивлений и в линии происходит более сложный процесс — устанавливается режим т. н. смешанных, или комбинированных, волн (часть энергии падающей волны поглощается в активном сопротивлении нагрузки, а остальная энергия отражается от неё — образуются стоячие волны). Входное сопротивление такой линии или её отрезков может иметь периодический характер и величину, изменяющуюся в широких пределах в зависимости от выбора длины рабочей волны, характера нагрузки и геометрической длины линии. Так, например, входное сопротивление линии без потерь, нагруженной на активное сопротивление Rн, при нечётном числе четвертей волны, укладывающихся вдоль неё, равно r2/Rн, а при чётном — Rн. Для характеристики режима линии и определения величины мощности, выделяемой в нагрузке, пользуются коэффициент бегущей волны, равным отношению минимальных и максимальных напряжений вдоль линии, или величиной, обратной ему и называемой коэффициентом стоячей волны.
