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安捷倫真空：磁場(chǎng)環(huán)境對(duì)分子泵運(yùn)行的影響

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許多設(shè)備在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，比如，家用電冰箱的磁場(chǎng)強(qiáng)度約有10高斯（1mT），MRI （核磁共振）的磁場(chǎng)強(qiáng)度甚至?xí)哌_(dá) 3T；盡管可以采取屏蔽等措施，仍然可能會(huì)有外漏的雜散磁場(chǎng)，對(duì)工作在附近的分子泵產(chǎn)生不好的影響。

磁場(chǎng)對(duì)渦輪分子泵的可能影響

當(dāng)渦輪分子泵的轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流。這些電流傾向于阻礙轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致電機(jī)的功率增大。由于泵轉(zhuǎn)子不與定子接觸，渦流產(chǎn)生的熱量和額外的功率主要通過(guò)輻射消散。因此，轉(zhuǎn)子可能會(huì)過(guò)熱，即使泵體及其它靜止的部件仍然是冷的。為了確認(rèn)磁場(chǎng)對(duì)分子泵工作的影響，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）設(shè)計(jì)并執(zhí)行了下面的測(cè)試：

測(cè)試條件和裝置

被測(cè)分子泵的型號(hào)為 TwisTorr304 FS CFF6，使用一對(duì)亥姆霍茲線圈(直徑 120 厘米)來(lái)產(chǎn)生包圍整個(gè)泵的均勻磁場(chǎng)。

被測(cè)分子泵由一臺(tái)渦旋干泵作為前級(jí)，分子泵的進(jìn)氣口壓力抽至 1E-3 mbar 以下（該壓力以下，熱對(duì)流幾乎為零，分子泵轉(zhuǎn)子的熱量?jī)H可以通過(guò)輻射傳遞出去很小的一部分）。

使用 20℃ 的冷卻水對(duì)分子泵持續(xù)進(jìn)行冷卻；分子泵的控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)電流，保持轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

使用安裝于分子泵口的紅外溫度計(jì)測(cè)量被測(cè)試分子泵的轉(zhuǎn)子溫度。使用連接到分子泵外殼的 PT100 熱電阻測(cè)量定子的溫度。

測(cè)試過(guò)程

試驗(yàn)期間，渦輪泵以滿(mǎn)轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)行。初始的磁場(chǎng)設(shè)置為 1mT ，泵在該磁場(chǎng)下運(yùn)行 12 個(gè)小時(shí)以穩(wěn)定轉(zhuǎn)子溫度；然后關(guān)閉磁場(chǎng)，再運(yùn)行 12 個(gè)小時(shí)以使轉(zhuǎn)子降溫；然后再分別把磁場(chǎng)設(shè)置為 2mT，按照前面的步驟繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試，直至磁場(chǎng)增加到 7mT 。

測(cè)試結(jié)果

如上圖所示，當(dāng)磁場(chǎng)逐步增加后，被測(cè)分子泵轉(zhuǎn)子的平衡溫度也隨之上升，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為 7mT 時(shí)，平衡溫度上升到 100 攝氏度左右（安捷倫分子泵的最大允許溫度為 120 度）。

另外，KIT 使用該測(cè)試平臺(tái)測(cè)試了另一臺(tái)其它品牌的分子泵，一系列的對(duì)比測(cè)試表明，安捷倫分子泵在相同的磁場(chǎng)條件下轉(zhuǎn)子的平衡溫度明顯較低（ 5mT 時(shí)，低大約40度）。

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