molecular velocity - a-tech systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kt f dv vf dv v...

48
Molecular velocity Molecular velocity = = kT mv v kT m f dt dn n v 2 exp 2 4 1 2 2 2 / 3 π 0 max /// , 0 0 = = = = = dv df f v v f v v v m kT v p 2 = p v v av v m kT dv f dv vf v 128 . 1 2 2 2 / 1 0 0 = = = π m kT dv f dv f v v v v 3 0 0 2 2 = = p rms v m kT v v 225 . 1 3 2 / 1 2 = = = sec / 10 45 . 1 2 / 1 4 0 cm M T v M R m k av × = ⇒∴ = Ex) air M=29, T=300 K

Upload: dangkhanh

Post on 06-Mar-2018

223 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Molecular velocityMolecular velocity

==

kTmvv

kTmf

dtdn

n v 2exp

241 2

22/3

π

0max///,00 =⇒=∞==⇒=dvdffvvf v

vv

mkTvp

2=

p

v

vav v

mkT

dvf

dvvfv 128.122 2/1

0

0 =

==

∫∫∞

π

mkT

dvf

dvfvv

v

v 3

0

0

22

==∫∫

prms vmkTvv 225.132/12

===

sec/1045.12/1

40 cmMTv

MR

mk

av

×=⇒∴=

Ex) air M=29, T=300 K

vav= 4.6 x 104 cm/sec

Maxwell-Bolzman equation

• Most probable velocity

• Average velocity

• Mean square velocity

아텍시스템

Page 2: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Molecular incidence rateMolecular incidence rate

==

kTmv

kTmfv

dvdn

nx

vxx 2

exp2

1 22/1

π

xxxxx fndvvvdnv ⋅⋅== ∫∫∞∞

00φ

MTP

MkTP

mkT

kTP

nv

cmmkTn

dvkTmvnv

kTm

av

xx

x

22

2/12/1

2

2/1

0

22

2/1

1051.3

22

22

141

sec#2

2

2exp

2

×=

=

=

=

⋅→

=

= ∫

ππ

π

π

VN

MWn a•=RT

NVnRT

MWPV

a

==

nkTTNRnP

a

==

TPVR =

k

62.364 Torr·liter/K·mole

8.314 x 107 erg/K·mole

1.38 x 10-16 erg/K

- X 방향의 분자의 속도 함수

- 단위 시간당 x 방향에 수직으로 입사하는 분자의 수

W : 기체의 질량

M : 분자량n : 부피당 분자수

R : 이상기체 상수k : 볼쯔만 상수

P : 압력 (torr)

아텍시스템

Page 3: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Orifice Orifice 로로 들어오는들어오는 입자의입자의 수수

Aφ- 면적 A로 들어오는 입자의 수

AMTAnvAq av

2/131064.3

41

×===φ (mole/sec)

- 특정 압력에서 단위 시간당 빠져 나가는 gas의 부피는

AMT

nq

dtdV 2/1

31064.3

×==

AdtdV 6.11=

(cm3/sec)

Ex) 20 0C air 에서

(liter/sec)

M : 기체 분자량

T : 기체의 온도 (K)

V : 기체의 부피

A : orifice의 면적 (cm2)

아텍시스템

Page 4: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

흐름의흐름의 구분구분 ((flow regimes) Iflow regimes) I

ηρ /vDRe =

λρλη avav vnmv 31

31 ==

2/1998.0

=

ππξη mkT

ηCoefficient of viscosity

1 poise = 1 g/cm·sec = 1 dyne·sec/cm2

ξmolecular diameter (cm)

- Reynold number

)4/( 2DPvQ π=)/(RTMPnm ==ρ

)/)](/(4)][/([ 2 ηπ DPDQRTMPRe =

)//(]/(4[ DQRTMRe ηπ=

DRQ eair21006.9 −×=

poise410829.1 −×=η

For air at 20 oC

KliterTorrR /364.62 ⋅⋅=

98.28=M

- Throughput Q = PV/time

Q (torr·liter/sec), D (cm)

ηηπηρµ 11053.14 4

dTQM

dkTmQdRe

−×===

dQ

TMdm

2/1

32374.56

=

아텍시스템

Page 5: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

1. 1. 점성류점성류((viscous flow)viscous flow) : D/: D/λλ >110>110

: : 평균자유행로가평균자유행로가 매우매우 작아작아, , 기체의기체의 흐름은흐름은 그그 점성에점성에 의해의해 제한제한 받음받음

: 760 : 760 torrtorr ~ 10~ 10--22 torrtorr rotary pumpingrotary pumping

2. 2. 중간류중간류((intermediate flow)intermediate flow) : 1< D/: 1< D/λλ <110<110

: : 평균자유행로가평균자유행로가 진공용기의진공용기의 차수와차수와 비슷한비슷한 낮은낮은 압력에서압력에서 gasgas의의 흐름은흐름은

점성과점성과 분자분자 현상에현상에 지배됨지배됨..

: 10: 10--22 torrtorr ~ 10~ 10--33 torrtorr booster pumpingbooster pumping

3. 3. 분자류분자류((molecular flow)molecular flow) : D/: D/λλ >1>1

: : 운동량의운동량의 천이는천이는 분자와분자와 용기벽용기벽 사이에서사이에서 일어나고일어나고, , 분자와분자와 충돌하지충돌하지 않음않음

: <10: <10--33 torr torr high vacuum pumphigh vacuum pump

기체의기체의 흐름흐름 (1/4)(1/4)

기체의기체의 유동유동 : : 크누션의크누션의 수수 ((knudsenknudsen Number, Number, KnKn))D = Pipe= Pipe의의 직경직경, =, =평균자유행로평균자유행로

ηρµ e

eDR =

λ/_ DKnnumberKnudsen == λ

아텍시스템

Page 6: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

◆◆ 전도도전도도((conductance) : conductance) : 기체의기체의 흐름흐름 정도정도((단위시간당단위시간당 흐르는흐르는 부피부피))

진공용기에서진공용기에서 나온나온 기체기체 분자들이분자들이 대기중으로대기중으로 배기되어배기되어 나오기까지나오기까지 밸브밸브, , 관관, ,

트랩트랩 등등 진공부품들을진공부품들을 지나야지나야 하는데하는데, , 이이 때때 통과의통과의 난이도를난이도를 나타내는나타내는 용어용어

직렬연결직렬연결 1/1/C = 1/CC = 1/C11 + 1/C+ 1/C22, , 병렬병렬 연결연결 C = CC = C11 +C+C22

◆◆ 점성류점성류의의 conductance(conductance(원형원형 pipe)pipe)

◆◆ 분자류의분자류의 conductance(conductance(원형원형 pipe)pipe)

◆◆ 배기율배기율((Q=throughput) : Q=throughput) : 단위단위 시간당시간당 직경직경 DD인인 파이프를파이프를 통과하는통과하는 기체량기체량

: : pumping speed ( S ) = pumping speed ( S ) = 단위단위 시간당시간당 배기배기 시키는시키는 기체량기체량

: : Q = Pressure x S = Q = Pressure x S = torrtorr liter / sec = n v Aliter / sec = n v A

1 1 sccm sccm = STP = STP 상태에서상태에서 11cccc의의 기체가기체가 11분간분간 흐르는흐르는 양양 = 2.69 = 2.69 x 10x 1019 19 #/min#/min

1 1 torrtorr liter/sec = 79.05 liter/sec = 79.05 sccmsccm = 2.13 x 10= 2.13 x 1021 21 #/min#/min

C : C : 튜브의튜브의 conductance(1/sec), L : conductance(1/sec), L : 길이길이((cm)cm)D : D : 튜브의튜브의 직반경직반경((cm), P : cm), P : 평균압력평균압력A : A : 튜브의튜브의 면적면적((cmcm22), M : gas), M : gas의의 질량질량T : T : 켈빈온도켈빈온도, , K : K : 상수상수

기체의기체의 흐름흐름 (2/4)(2/4)

PLDCair )/(182 4=

)]/(33.11/[)/()/(81.3 32/1 LDLDMTC +=

아텍시스템

Page 7: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

111111 nSnvAN ==

222222 nSnvAN ==

21 NNN == 2211 nSnSN ==

)( 21 nnCN −=

)/1/1(/)(/1 2121 SSNnnC −=−=

- Pipe의 단면적을 통과하는 단위 시간당 분자의 수 N

Av

AvS =

: 단면적

: 기체 흐름 속도

: 흐름의 비 또는 펌핑 속도

- 연속적인 흐름에서 다양한 단면적을 지나는 분자의 수는 같다.

- 분자 밀도의 저하(압력이 적어짐)은 분자의 수에 비례한다.

C : conductance, 분자 밀도의 함수 (cm3/sec)

보일의 법칙으로 표현됨

ConductanceConductance

아텍시스템

Page 8: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Pipe Pipe 연결에연결에 따른따른 conductance Iconductance I

병렬연결(Parallel) 직렬연결(Series)

)( 21 nnCN aa −=)( 21 nnCN bb −=

)( 21 nnCNNN paa −==+

Λ++= bap CCC

Λ=−=−= )()( 3221 nnCnnCN ba

Λ++= )/1()/1(/1 bas CCC

아텍시스템

Page 9: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

병렬연결 직렬연결

PCPPCQ fi ∆=−= )(

⋅⋅⋅+∆+∆+∆= PCPCPC 321

)3,2,1( ⋅⋅⋅==∑ jCC j Κ

Λ+++= 321 QQQΛ+−+−==∆ )()( 3221 PPPP

CQP

Λ+++=321 C

QCQ

CQ

)3,2,1(11⋅⋅⋅==∑ j

CC j

Κ

Pipe Pipe 연결에연결에 따른따른 conductance IIconductance II

아텍시스템

Page 10: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Throughput & pumping speedThroughput & pumping speed

- 진공계에서 펌프는 시스템으로부터 기체를 제거(배기)하는데 사용됨

- 기체가 제거되는 비율은 pumping speed Sp로 측정됨

- Pumping speed의 정의 : The volume of gas per unit tine dV/dt which the

pumping device removes from the system at the pressure existing at the

inlet to the pump (liter/sec, m3/hr)

Throughput Q는 입구의 압력과 pumping speed의 곱으로 정의됨.

)/( dtdVPPSQ p == torr·liter/sec, atm·cm3/sec

)( 21 kTnkTnCNkT −=

)(/ 21 PPCQSPnNPNkT −====

)( 21 nnCN −=kT

Q는 압력 P1에서 conductance C를 가진 파이프로 단위 시간당 들어오는 기체의 양

아텍시스템

Page 11: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

[ ][ ][ ][ ] APPSsmPaQ

AnmmnmSskgMAnnSs

AsmS

µ

µµ

µ

==⋅==>

=Γ======>

==Γ==>

=====>

//

//

3

3

배출량

질량

개분자수

체적

유량은 단위시간당 도관의 일정 단면을 지나가는

기체의 분자질량 m [kg]분자밀도 n [개/m3]도관의 단면적 A [m2]유속 u [m/s]

기체의기체의 흐름흐름 (3/4)(3/4)

2211 PSPSQ ==

−=−

2121

11SS

QPPQ

PPSSC

21

21

111 −=−=

( ) ( )2121 nnkTnnQC

−Γ

=−

=

아텍시스템

Page 12: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

기체기체 법칙법칙((보일의보일의 법칙법칙 ) : ) : PP11VV11 = P= P22VV22

시간에시간에 대한대한 변화변화 : : PP11VV11 / / tt = P= P22VV22 / / tt

V/V/t t 를를 펌핑펌핑 속도속도 SS로로 정의정의 하면하면 PP11SSnn = P= P22SSpp

배기량배기량 Q = PQ = P11SSnn = P= P22SSpp PP11 = Q/= Q/SSnn, P, P22 = Q/S= Q/Spp

conductanceconductance는는 저항의저항의 역수역수 이므로이므로 1/1/C = RC = R

Q = (PQ = (P11--PP22)/(1/C) = (P)/(1/C) = (P11--PP22)C = (Q/)C = (Q/SSnn –– Q/SQ/Spp)C)C

∴∴ 1 = C/1 = C/SSnn –– C/SC/Spp 1/C = 1/S1/C = 1/Snn –– 1/S1/Spp

SSnn = C S= C Spp/(C+S/(C+Spp))

Ex)펌프 속도 100 l/secconductance 100 l/sec

Sn = 100 x 100 / (100 + 100)

= 50 l/sec

Chamber

P1V1

Vacuum pump

P2V2Sn Sp

C

Gate valve (l/s) Gate valve (l/s) 2 2 ½½ ””(63 mm) 600(63 mm) 60044”” (100 mm) 1700(100 mm) 170066”” (160 mm) 6000(160 mm) 600088”” (200 mm) 12000(200 mm) 120001010”” (250 mm) 26000(250 mm) 26000

Angle valve (l/s)Angle valve (l/s)5/85/8”” (16mm) 5(16mm) 51 1 ½”½” (40 mm) 45(40 mm) 452 2 ½”½” (63 mm) 160(63 mm) 160

conductance

기체의기체의 흐름흐름 (4/4)(4/4)

아텍시스템

Page 13: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

유효유효 배기배기 속도속도 ( ( SSe e ))

유효유효 배기배기 속도속도 SSee

2211 )( PSPPCPSQ pe =−==

CSS pe

111+=

p

pe SC

CSS

+=

pSC >> pe SS ≈

1/ ≈pe dSdS

1/ ≈dCdSe

pSC << CSe ≈

0/ ≈dCdSe

0/ ≈pe dSdS

아텍시스템

Page 14: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of an aperture (Conductance of an aperture (점성류점성류) ) II

21

1(

1

21

/1

1

21 1

12

=

−γ

γγ

γγ

PP

MRT

PPAPQ

The low of the adiabatic expansion

V

Pc

c=γ)/( 21 PPQC −=

21

1(

1

21

/1

1

2

12

11

2)/(1

13.9

=

−γ

γγ

γγ

PP

MT

PP

PPAC

γFor air at 20 oC, = 1.4, T1 = 293 K, M = 29

[ ]{ }2

1286.0

1

2712.0

1

212 1)/(1/6.76

−= P

PP

PPPAC

아텍시스템

Page 15: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of an aperture (Conductance of an aperture (점성류점성류 : : air) IIair) II

21

1(

1

21

/1

1

21 1

12

=

−γ

γγ

γγ

PP

MRT

PPAPQ

P2 / P1 = 1에서 Q = 0, 그러면 최대는

[ ] cPP γγ γγ =+= − )1/(

1

2 )1/(2

Critical value

For air at 20 oC 525.0=cγ 120APQc =

A (cm2), P1 (torr), Q (torr·liter/sec)525.0/ 12 ≤PP

525.0/1 12 >≥ PP

1.0/ 12 <PP

[ ]{ }2

1286.0

1

2712.0

1

212 1)/(1/6.76

−= P

PP

PPPAC

)/(120

12 PPAC

−=

AC 20≈ 압력에 무관함

아텍시스템

Page 16: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of cylindrical pipe (Conductance of cylindrical pipe (점성류점성류) ) II

dxdrrdxdPdF ⋅⋅⋅−= π2)/(1

)/( drdvAF η=

dxdrdvr

dtdvrdxF

−=⋅−= πηπη 222

+=

+−= dr

drdvr

drd

drdvrdxdr

rFFF πηδδ 22

22'

drdxdrdvr

drddF

= πη22

점성류의 경우, 원통 내부를 통과하는 흐름은 흐름방향과 반대의 점성력을 받게됨.

점성력 rdxA π2=

원통 내부 표면에서의 점성력

부분의 외부 표면에서의 점성력

부분에 의한 전체 점성력

압력차에 의한 힘

아텍시스템

Page 17: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

=

dxdPr

drdvr

drd

η

12 )/)(2/()/( KdxdPrdrdvr += η

)/()/)(2/()/( 1 rKdxdPrdrdv += η

212 ln)/)(4/( KrKdxdPrv ++= η

0/ =drdvv = max , r=0 K1=0

v=0 (wall), r=a )/)(4/( 22 dxdPaK η−=

))(/)(4/1( 22 radxdPv −−= η속도

경계조건

022 =

+− drdx

drdvr

drdrdrdx

dxdP πηπ

압력에 의한 힘과 점성(viscosity)에 의한 힘이 균형을 이룸 21 dFdF =

속도 분포

Conductance of cylindrical pipe (Conductance of cylindrical pipe (점성류점성류) ) IIII

Gas의 속력은 압력을 감소시키는 방향으로 진행하고,Gas의 속도는 포물선 함수로 중심에서 최대이고, 외곽에서 zero이다

아텍시스템

Page 18: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of cylindrical pipe (Conductance of cylindrical pipe (점성류점성류) ) IIIIII

단위 시간당 원통의 단면을 통과하는 gas flowing의 부피는 : 속도의 적분

)/)(8/(2/ 4

0dxdParvdrdtdV

aηππ −== ∫

PdxdPadtdVPQ )/)(8/()/( 4 ηπ−==

압력 P1 에서 P2로 떨어지는 것에 대응하는 길이 L을 적분하면

))](16/([/)8/( 22

21

4

0

4 2

1

PPLadxPdPaQLP

P−=

−= ∫∫ ηπηπ

))(( 21212

22

1 PPPPPP +−=−

2/)( 21 PPP +=

throughput

)()]128/([)()]16/([ 214

214 PPPLDPPPLaQ −=−= ηπηπ Poiseuille law

∴ PLDPPQC )]128/([)/( 421 ηπ=−= D, L (cm), (dyne/cm2), C (cm3/sec), in poisesηP

PLDC )]/([1027.3 42 η−×= (torr), L (cm), D (cm), (poise), C (liter/sec)P η

At 20 oC air PLDCair )/(182 4=

아텍시스템

Page 19: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

도관에도관에 작용하는작용하는 힘힘 ((점성류점성류))

반지름 a (지름 d), 길이 L

안쪽은 기체흐름의 원동력인 압력차에 의한힘 f1

바깥은 흐름을 억제하는 점성력 f2

유속 분포 μ( r ), 기체점성 계수 η

dxdxdPrf

= 2

1 π dxdrdrf

=µηπ22

dxdPr

drrd

ηµ

2)(=

0)( =au )(41)( 22 ar

dxdPru −=

η

아텍시스템

Page 20: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

LPPdxdP /)(/ 22

21

2 −≈2/)( 21 PPPav +≈

)/( 21 PPQC −=

avav PL

dPL

aCη

πηπ

1288

44

== ][)(

10043.94

2/1

23 PaP

Ld

MTd

avm×=

dxdPaPdrrr

a 2

0

4

16)(2∫ ==

ηπµπ

)(128

)(816 21

4

21

422

21

4

PPPL

dPPPL

aL

PPaavav −=−=

−=

ηπ

ηπ

ηπ

Pr)(µ

QQ

도관에도관에 작용하는작용하는 힘힘((점성류점성류) )

유량은유량은 를를 임의의임의의 단면에서단면에서 적분하면적분하면

기체분자의기체분자의 지름지름 : : ddmm[10[10--1010 m]m]

2020ooC C 공기공기((ddmm=3.76, M=28.98), =3.76, M=28.98), 지름지름 50 50 mm, mm, 길이길이 22m, m, 평균압력평균압력 1000 1000 PaPa

도관의도관의 컨덕턴스는컨덕턴스는 약약 4.3 4.3 mm33/sec/sec

아텍시스템

Page 21: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of an aperture (Conductance of an aperture (분자류분자류) ) II

12/13

11 )/(1064.3)/( APMTdtdVPQ ×==

22/13

22 )/(1064.3)/( APMTdtdVPQ ×==

압력 P1의 부피와 압력 P2 (P2<P1)의 부피 사이에 구멍(면적 A)가 있을 때

P1 에서 P2 로 흐르는 gas 량 Q1

P2 에서 P1 로 흐르는 gas 량 Q2

분자사이의 충돌이 없는 분자류에서는 구멍을 통과할때, 양방향 모두 서로의 간섭이 없다.

)()/(1064.3 212/13

21 PPAMTQQQ −×=−=

021 >− PPP1에서 P2로 흐름

Conductance of an aperture of area A (in molecular flow)

AMTPPQC 2/1321 )/(1064.3)/( ×=−=

A (cm2) 면적

AMT 2/1)/(64.3=cm3/secliter/sec

분자류에서 conductance 는 압력에 무관하다

아텍시스템

Page 22: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

For air, at 20 oC, (T/M)1/2=3.181

Conductance of an aperture (Conductance of an aperture (분자류분자류) ) IIII

ACair 6.11= liter/sec

원의 단면을 가지고 있다면, 4/2DA π=

222/1 16.9)/(86.2 DCDMTC air =⇒= liter/sec

Aperture의 pumping speed는

)]/(1[/)(/ 121211 PPCPPPCPQS −=−==

For air, at 20 oC, )]/(1[6.11 12 PPAS −=

12 1.0 PP ≤ ACS 6.11==

A (cm2), S (liter/sec)

Pumping speed는 P2/P1의 함수 이고 최대값은 11.6 A이다

저압에서의 pumping speed (11.6A)는 고압에서의 최대 속도(20A) 보다 적다

아텍시스템

Page 23: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of diaphragm (Conductance of diaphragm (분자류분자류))

- 1, 3은 큰 부피이고, 파이프 단면적 A0에 연결됨

- 파이프 2는 구멍 A의 diaphragm에 의해 부피 3과 연결됨- A0의 크기 order는 A와 같다

• 1-2-3 방향의 conductance는 )/1()/1()/1(/1 20 eA CCCC ++=Ce는 2-3 방향으로 A의 conductance

)/1()/1(/1 2CCC A +=• 동일 시스템에서 3-2-1 방향의 conductance

두 방향의 conductance는 같아야 한다, 그렇지 않으면, 1, 3이 동일한 압력에서도 flow가 발생함.

)/1()/1()/1()/1()/1(/1 22 00CCCCCC AeA +=++=

)/1()/1(/10AAe CCC −= ]/1/[ 0AACC Ae −=

At 20 oC air ]/1/[6.11 0AAACe −=

Ae CCAA ≈⇒<< 0 ∞≈⇒= eCAA 0 Ae CCAA 25.0 0 ≈⇒=

==>

aperture No resistance to the flow diaphragm effect

아텍시스템

Page 24: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of long tube(Conductance of long tube(분자류분자류) ) II

긴 튜브에서 분자들은 내벽과 충돌을 하며 무질서한 직선운동을 함.단위시간당, 단위면적에 충돌하는 분자의 수 와 매초 벽과 충돌하는 분자의 수4/avnv=φ

4/avBLnvBLq ==φ B는 원주, L은 튜브의 길이

avv v는분자의 에너지에 해당하는 속도, 는 flow 방향의 drift velocity

모든 분자에 의하여 벽으로 전달된 모멘텀은 4/' mvBLnvqmvq av==

단위 시간당 파이프의 단면 A를 가로지르는 분자의 수 N AvnN =성취된 압력차 에 대응하는 힘P∆ nAkTPAF ∆=∆=∆균형조건 Fq ∆=' mvBLnvnAkT av=∆4

)]/()][/(4[// 2avmvkTBLAnAvnnN =∆=∆

CnN =∆/ 2/1)/2)(/2( mkTvav π=앞장의 식에서

2/122/12 )]2/()][/(2[)]2/()][/(2[ MRTBLAmkTBLAC ππ ==

이 식은 uniform drift velocity v에 분자의 random Maxwell-Boltzman distributuin을 중첩함.

아텍시스템

Page 25: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of long tube(Conductance of long tube(분자류분자류) ) IIII

Knudsen은 더 나은 가정으로 분자의 중첩된 drift velocity는 그것의 random velocity 에 비례

그것의 가정하에 더 나은 실험식으로 부터 상수 8/3π를 곱함.

따라서 conductance

×

=

=

BLA

mT

BLA

mkTC

22/1422/1 1044.323

8ππ

CGS unit

A=πD2/4, B= πD 를 가지는 원형 단면의 튜브의 conductance는

)/()/(81.3 32/1 LDMTC = D (cm), L (cm), C (liter/sec)

For air at 20 oC, (T/M)1/2 = 3.18

)/(1.12 3 LDCair = D (cm), L (cm), C (liter/sec)

분자류에서 conductance는 압력에 무관함

아텍시스템

Page 26: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of shot tube(Conductance of shot tube(분자류분자류) ) II

튜브의 길이가 zero로 감소한다면, conductance는 aperture의 conductance로 감소해야한다.따라서 튜브의 conductance를 제대로 표현하면

'')]/(1/[)/()/1()/1(/1

KCCCCCCCCCCCC

LeLLeLeL

eL

=+=+=+=

CL은 튜브의 conductance, C e는 aperture의 conductance

)]/(1/[)/(1064.3)]/(1/[ 02/13

0 AAAMTAACC Ae −×=−=A는 튜브의 단면, A0는 상부 챔버의 단면

앞장의 긴 튜브의 conductance C가 CL이므로, 이것을 사용하여

)]/(1)][/([3.5/ 0AABLACC eL −=

"KCC L=

[ ] 10

1 )/1)(/(3.51)/1(" −− −+=+= AABLACCK eL

K”는 Knudsen’s factor

원형 단면에 대하여: A=πD2/4 ; B= πD ; A0= πDv2/4

]})/(1)[/(33.11/{1" 2VDDLDK −+=

아텍시스템

Page 27: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of shot tube(Conductance of shot tube(분자류분자류) ) IIII

D < 0.2 Dv 의 경우 (챔버의 직경 Dv 에 비하여 튜브의 직경 D가 상대적으로 작다)

)]/(33.11/[1" LDK +=

")/()/(81.3 32/1 KLDMTC =

]33.1/[)/(81.3)]/(33.11/[)/()/(81.3

32/1

32/1

DLDMTLDLDMT

+=

+=

L (cm) ; D (cm) ; C (liter/sec)

따라서 짧은 튜브의 conductance는

For air at 20 oC, (T/M)1/2 = 3.18

")/(1.12)33.1/(1.12 33 KLDDLDCair =+=

2

2

)/(12)/(3820)/(12)/(15'DLDL

DLDLK++

+=

Kinetic gas theory를 이용한 보정된 K” Clausing’s factor K’

아텍시스템

Page 28: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

0.53841.8

0.197310.00.55181.7

0.21319.00.56591.6

0.23168.00.58101.5

0.25377.00.59701.4

0.28076.00.61391.3

0.31465.00.63201.2

0.35894.00.65141.1

0.36953.80.67201.0

0.38093.60.69400.9

0.39313.40.71770.8

0.40623.20.74340.7

0.42053.00.77110.6

0.43592.80.80130.5

0.45272.60.83410.4

0.47112.40.86990.3

0.49142.20.90920.2

0.51362.00.95240.1

0.52561.91.00000.0

KL/aKL/a

0 2 4 6 8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

K = 0.263 + 0.737 exp ( -x / 2.125)

x = L/aL = Pipe Length (cm)a = Pipe Radius (cm)

Clau

sing

' Fac

tor K

X-axis (x = L/a)

ClausingClausing’’ss factor Kfactor K’’

아텍시스템

Page 29: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Conductance of other shape (Conductance of other shape (분자류분자류))

]/)/[()/(81.32 1122

21

2/1 LDDDDMTC +×=

)/()/(81.3 32/1 LDMTC =

3/121

22

21 )]/(2[ DDDDDe +=

")/()/(81.3 32/1 KLDMTC =

)/()/(81.3 32/1 LDMTC e=

긴 원통

짧은 원통

긴 테이퍼 원통

엘보우

엘보우의 경우 : 분자 1은 엘보우 지역에서 벽과의 충돌과 분자2는 엘보우를 가로 질러 충돌

]33.1/[)/(81.3 2132/1 DLLDMTC ++=

]/[)/(81.3 2132/1 LLDMTC +=

eLDMTC /)/(81.3 32/1=

)180/(33.121 θDLLLe ++=

아텍시스템

Page 30: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

ConductanceConductance의의 압력의존성압력의존성

반지름반지름 aa인인 원형관에서원형관에서 2020ooC C 질소인경우질소인경우 콘덕턴스의콘덕턴스의 압력의존성압력의존성

압력이압력이 낮아지고낮아지고 점성류점성류, , 천이류천이류, , 분자류분자류 단계를단계를 거치면서거치면서 컨덕턴스는컨덕턴스는 직선직선적으로적으로 감소하다가감소하다가 결국결국 일정한일정한 값값 CCFF로로 접근한다접근한다..

아텍시스템

Page 31: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Measurement of Gas Flow RateMeasurement of Gas Flow Rate

Gas flowGas flow를를 측정하는측정하는 flow meterflow meter나나 metermeter의의 calibrationcalibration이이 요구될요구될 때때 ((Q=Q=nVAnVA=PS)=PS)

•• 챔버챔버 부피부피 측정측정

챔버 진공 만듦 - 아는부피, 압력의 gas넣고 결과 압력 측정 ( PV = P’V’)

10 cc STP == final P 392 mtorr : 10 x 760 = 392 x 10-2 x V’ V’=19.4 liter

•• Gas Flow rate Gas Flow rate 측정측정

Time

Pres

sure

slope

Slope : 3.1 mtorr / sec, V = 19.4 liter

Flow rate = 3.1 x 10-3 x 19.4 = 6 x 10-2 tℓ/sec

79.05 sccm/(tℓ/sec) = 4.8 sccm

•• Residence Time : Residence Time : ττ: 기체분자가 chamber로 유입되어 진공배기되기까지 공정챔버에 머문 평균시간 : τ

QPV

PSPV

SV

===τ P = 1 torr, V = 100 liter Q = 160 sccm (2 tl/s)

τ = ( 1 x 100) / 2 = 50 sec

아텍시스템

Page 32: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

진공시스템의진공시스템의 구성구성

<<<<

1122

33

44

55

66

11 : : 저진공저진공 펌프펌프

22 : : leakage leakage 밸브밸브

33 : : 역류방지밸브역류방지밸브

44 : : roughing roughing 라인라인

55 : : 저진공저진공 게이지게이지

6 : 6 : roughing roughing 밸브밸브

7 : 7 : 진공진공 챔버챔버

8 : 8 : 고진공고진공 게이지게이지

9 : 9 : main main 밸브밸브

10 : 10 : water water 배플배플

11 : 11 : 고진공고진공 펌프펌프

12 : 12 : forefore--line line 밸브밸브

77

88

99

1010

1111 1212

55

아텍시스템

Page 33: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

221 PPP +

=P

D : 파이프의 직경 (cm) ;

L : 파이프의 길이 (cm)

: 평균 압력 (torr)

K : 길이와 반경과 관계된 상수(길이 및 반경은 cm 임)

A : 파이프의 면적 (cm2)

T : 온도 ( oK )

M : 분자 질량

21

MT

C = 3.81KA = 11.6KA (l/sec)

저진공(760 torr ~ 10-2 torr)

진공의진공의 계산계산

Conductance : 전도도

고진공 (10-3 ~ 10 –10 torr)

(l/sec)PLDCair )/(182 4=

]33.1/[)/(81.3 32/1 DLDMT +=

아텍시스템

Page 34: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

기체기체 법칙법칙((보일의보일의 법칙법칙 ) : ) : PP11VV11 = P= P22VV22

시간에시간에 대한대한 변화변화 : : PP11VV11 / / tt = P= P22VV22 / / tt

V/V/t t 를를 펌핑펌핑 속도속도 SS로로 정의정의 하면하면 PP11SSnn = P= P22SSpp

배기량배기량 Q = PQ = P11SSnn = P= P22SSpp PP11 = Q/= Q/SSnn, P, P22 = Q/S= Q/Spp

conductanceconductance는는 저항의저항의 역수역수 이므로이므로 1/1/C = RC = R

Q = (PQ = (P11--PP22)/(1/C) = (P)/(1/C) = (P11--PP22)C = (Q/)C = (Q/SSnn –– Q/SQ/Spp)C)C

∴∴ 1 = C/1 = C/SSnn –– C/SC/Spp 1/C = 1/S1/C = 1/Snn –– 1/S1/Spp

SSnn = C S= C Spp/(C+S/(C+Spp))

Ex)펌프 속도 100 l/secconductance 100 l/sec

Sn = 100 x 100 / (100 + 100)

= 50 l/sec

Chamber

P1V1

Vacuum pump

P2V2Sn Sp

C

Pumping Speed Pumping Speed 계산계산

Gate valve (l/s) Gate valve (l/s) 2 2 ½½ ””(63 mm) 600(63 mm) 60044”” (100 mm) 1700(100 mm) 170066”” (160 mm) 6000(160 mm) 600088”” (200 mm) 12000(200 mm) 120001010”” (250 mm) 26000(250 mm) 26000

Angle valve (l/s)Angle valve (l/s)5/85/8”” (16mm) 5(16mm) 51 1 ½”½” (40 mm) 45(40 mm) 452 2 ½”½” (63 mm) 160(63 mm) 160

conductance

아텍시스템

Page 35: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Mechanical pump에 의한 배기 (760 torr ~ 10-3 torr) : outgassing무시

V = 시스템 부피, S = 펌프 속도, P1 = 초기 진공값, P2 = 최종 진공값

시스템을 떠나는 gas = -V (dP/dt)

펌프로 들어오는 gas = SP

-V (dP/dt) = SP ==> -dP/P = (S/V)dt

∴ ∆t = t1 – t2 =(V/S) ln (P1/P2) = 2.303 (V/S) log10 (P1/P2)

K760 ~ 1.0 torr : 1.11.0 ~ 0.1 torr : 1.50.1 ~ 0.001 torr : 4.0

Pumping SpeedPumping Speed의의 계산계산

760 torr ~ 0.001 torr까지의 실험적인 값은

아텍시스템

Page 36: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

고진공 펌프에 의한 배기 Q = QL + QO + QV + QP

Leak, outgassing, vapor pressure, permeation ==> main outgassing

P = Po e-st/v + (Pu + Q / S) (1 – e -st/v ) ≈Q /SPo =총압력 (t=0), S =펌핑 속도, V =시스템 부피,

Pu =최종도달진공도, Q =시스템 outgassing rate

Outgassing data ( torr1/sec cm2 ) : 1시간 뒤의 값

알루미늄 1.7 x 10-7 철 5 x 10-7

sus 2 x 10-7 구리 2.3 x 10-6

나이론 1.2 x 10-5 테프론 5 x 10-6

실리콘 고무 3 x 10-5 지르코늄 1.3 x 10-6

고진공고진공 펌프에펌프에 의한의한 배기배기

아텍시스템

Page 37: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

잔류기체잔류기체 ((residual gas)residual gas)

①확산 (diffusion), ②투과(permeation), ③역류 (backstream),

④탈착 (desorption), ⑤증발(evaporation), ⑥누설(leak:진성누출)

⑦가성누설(virtual leak)

기체기체 방출방출 ((outgassingoutgassing))

- 진공용기 내벽의 표면이나 진공용기

속에 사용되는 각종 물질 속에 흡착되

어 있던 입자들이 서서히 방출되는 것

으로 그원인은 매우 다양함

- 내부표면에 부착된 입자의 방출,

- 금속등의 grain boundary등과 같이

더 깊은 곳에 숨어 있던 입자의 방출

아텍시스템

Page 38: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

오일오일 회전회전((Rotary) Rotary) 펌프펌프

아텍시스템

Page 39: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

오일오일 확산확산 ((Oil Diffusion)Oil Diffusion)펌프펌프

아텍시스템

Page 40: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

터보터보 분자분자((Turbo Molecular) Turbo Molecular) 펌프펌프

아텍시스템

Page 41: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

센터에센터에 설치된설치된 코팅코팅 시스템시스템

아텍시스템

Page 42: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

Ex) 직경 500 mm, 높이 500 mmL 의 sus 벨자에서 60분에 1 x 10-5 torr 배기 시스템 구성

저진공 펌프 및 고진공 펌프의 크기, 연결 파이프, valve, 트랩의 크기 결정

Sol) 가정 저진공 배기 15분, 고진공 배기 45분

1) 저진공

저진공 배기시간을 기준으로 대략적인 펌프의 사양결정

Sn = (2.3V/t) log (P1/P2)= (2.3 x 98 / 15) log(760/10-2) = 73 liter / min

즉 여기서 선정된 저진공 펌프는1x 10-2 torr에서

최소한 73 liter/min의 펌프를 기준으로 해야함.

if 주어진 pump(GPH-240)의 경우 이 진공도에서 120 liter/min을 가짐

따라서 펌프의 배기 곡선을 기준으로 Sn=(2.3 KV/t)log(P1/P2)

여기서 K의 값과 구간별 평균 배기속도는

V = (π/4) x (50)2 x 50

= 98125 cm3=98 liter

A = 2x (π/4) x (50)2 +πx50x50

=11775 cm2

P1 = 대기압 = 760 torr

P2 = 1 x 10-2 torr

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (1/7)(1/7)

torrtorrtorrtorr lll 01.01.00.1760 min/1700.4

min/2505.1

min/2901.1

→ → →

아텍시스템

Page 43: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

GHP-240 rotaty pump

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (2/7)(2/7)

아텍시스템

Page 44: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

2) 저진공 연결 파이프

내경이 25 mm 이고, valve까지 포함한 길이가 1000 mm라면,

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (3/7)(3/7)

torrtorrtorrtorr lll 01.01.00.1760 min/1700.4

min/2505.1

min/2901.1

→ → →

)/log()/(3.2 21 PPSVKt n=

min1.9)01.01.0log(

1704)

1.00.1log(

2505.1)

0.1760log(

2901.1983.2 =

++××=

min/450sec/270152

01.0760)100/5.2(182182 44

literliterPL

DC ==+

×==

min/7.94)120450/(120450)/(: literSCCSSreal nnp =+×=+= 1x10-2 torr에서

min1.9min/120

(?)min/7.94

min15min/7310 2 llltorr →→⇒∴ − 에서

따라서 GHP-240 펌프를 이용하여 저진공 배기에 걸리는 시간은

12.7 min

아텍시스템

Page 45: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

3) 확산 펌프와 연결 파이프

시스템에서 요구하는 최종 진공도는 Sn = Q / P

Q = 면적 x outgassing rate = 11775 cm2 x 2 x 10-7 torr liter / sec cm2

= 2.36 x 10-3 torr liter /sec

∴ Sn = Q/P=2.36 x 10-3 / (1 x 10-5) = 236 l/sec after 1 hr

assume 4” DP가 flange 에서 570 l/sec, 6” DP의 경우 1200 l/sec 라면

또한 연결 직경 100 mm 파이프의 부대부품 길이가 350 mm라면 (gate valve, baffle, etc)

- 분자류에서 conductance 는

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (4/7)(4/7)

sec/25033.1

1.12 3

literDL

DC =+

=

4” DP의 경우 :

Sn = (Sp x C)/(Sp + C) = 250 x 570 / (250 + 570) = 173.8 l/sec

따라서 pumping에 요구되는 시간은

1hr x (236/173.8) = 1.36 hr

아텍시스템

Page 46: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

4” DP 6” DP

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (5/7)(5/7)

아텍시스템

Page 47: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

연결부위를 직경160 mm (6”)로 바꾸면, C = 880 liter/sec가 됨

따라서 Sn=346 liter/sec

그러므로 고진공 배기 시간은 t= 1 hr x (236/346) = 0.68 hr = 40.9 min

총 배기 시간은 T = 12.3 min + 40.9 min = 53.2 min

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (6/7)(6/7)

만약 펌프를 6” DP (1200 l/sec) 로 교환할 때

100 mm (4”) 배관일 때, Sn = (250 x 1200)/(250+1200)=207 liter/min

따라서 시간은 t = 1 hr x (236/207) = 1.14 hr=68.4 min

총 배기 시간은 T = 12.3 min + 68.4 min = 80.7 min

160 mm (6”) 배관일 때, Sn = (880 x 1200)/(880+1200)= 508 liter/min

따라서 시간은 t = 1 hr x (236/508) = 0.46 hr = 27.6 min

총 배기 시간은 T = 12.3 min + 27.6 min = 39.9 min

아텍시스템

Page 48: Molecular velocity - A-Tech Systematechsystem.co.kr/sub1/pdf/109.pdf · av v m kT f dv vf dv v 1.128 2 2 1/2 0 0 ... 트랩등진공부품들을지나야하는데, 이때통과의난이도를나타내는용어

4) backing pump

4”DP는 10-2 torr에서 60 liter/min의 배기속도를 요구하고, fore-pressure은 2 x 10-1 torr임

throughput : 60 x 10-2 torr·liter/min

back-streaming 을 막기위하여

저진공 펌프는 2 x 10-1 torr 에서 60 x 10-2 torr·liter/min을 가져야 한다.

∴ Sp = 60 x 10-2 / (2 x 10-1) = 3 liter/min

∴ 주어진 rotary pump GHP-240 (290 liter/min)은

∴ 2 x 10-1 torr 에서 230 liter/min의 배기속도를 가지므로 back-streaming을 막을 수 있슴.

진공진공 시스템의시스템의 구성구성 예제예제 (7/7)(7/7)

아텍시스템