Tài liệu Giáo trình kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope)

  • Số trang: 32 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 1030 |
  • Lượt tải: 1
dangvantuan

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

CHƢƠNG 2: KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (Scanning Electron Microscope) 2.1. Tương tác giữa điện tử tới và vật chất: Khi các điện tử đƣợc gia tốc lên năng lƣợng cao (khoảng vài trăm keV) và đƣợc hội tụ vào mẫu phân tích, chúng sẽ tán xạ, hoặc tán xạ ngƣợc (đàn hồi hoặc không đàn hồi) sẽ tạo ra nhiều loại tƣơng tác làm nguồn cho nhiều loại tín hiệu nhƣ X-ray, điện tử Auger, hoặc ánh sáng nhƣ hình 2.1 dƣới đây: Điện tử tán xạ ngược (BSE) Chùm điện tử tới năng lượng cao Điện tử thứ cấp (SE) Tia X Điện tử Auger Ánh sáng khả kiến Điện tử hấp thu Điện tử -lỗ trống Mẫu Điện tử tán xạ đàn hồi Điện tử truyền qua Điện tử tán xạ không đàn hồi Hình 2.1: Các tín hiệu điện tử phát ra khi có sự tƣơng tác giữa điện tử năng lƣợng cao và mẫu. Các loại tín hiệu bức xạ bao gồm: điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngƣợc (BSE), các đặc tính của X-ray, ánh sáng huỳnh quang catốt (cathodoluminescence), dòng dẫn của mẫu, và các điện tử truyền qua. Trong đó, điện tử thứ cấp thông dụng với đa số các máy SEM. Điện tử chỉ có thể truyền qua mẫu trong trƣờng hợp mẫu đủ mỏng. Chúng chính là các điện tử tới bị tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi trong khi xuyên vào mẫu và giảm số lƣợng khi tích chiều dày và khối lƣợng mẫu tăng. Cƣờng độ I của các điện tử truyền qua theo chiều dày đƣợc cho bởi biểu thức: I I 0 exp x I 0 exp x (2.1) Trong đó: I0 là cƣờng độ của điện tử tới, là hệ số hấp thụ của mẫu, và là mật độ mẫu. Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào thế tăng tốc của điện tử, nó giảm khi thế tăng tốc tăng. Cƣờng độ của điện tử truyền qua mẫu tinh thể phụ thuộc vào định hƣớng của tinh thể, cƣờng độ sẽ thay đổi mạnh khi điều kiện nhiễu xạ bị thay đổi. Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét. Chế độ này cung cấp cho ta hình ảnh bề mặt mẫu có độ phân giải cao. Điện tử thứ cấp sinh ra do sự tán xạ không đàn hồi giữa các điện tử tới với các điện tử của mẫu gần bề mặt. Chùm điện tử thứ cấp có năng lƣợng thấp (thƣờng nhỏ hơn 50 eV) đƣợc ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lƣợng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu. Điện tử tán xạ ngƣợc (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngƣợc là chùm điện tử ban đầu khi tƣơng tác đàn hồi với bề mặt mẫu bị bật ngƣợc trở lại, do đó chúng thƣờng có năng lƣợng cao (lớn hơn 50 eV) bao gồm cả điện tử Auger. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào vào số nguyên tử Z của các nguyên tố vật liệu mẫu, cũng nhƣ hình thái bề mặt mẫu. Nguyên tố mẫu có số nguyên tử Z càng cao thì khả năng tán xa ngƣợc càng lớn, do đó hình ảnh thu đƣợc càng sáng. Ảnh điện tử tán xạ ngƣợc rất hữu ích cho phân tích về độ tƣơng phản thành phần hóa học. Ngoài ra, ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngƣợc còn giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực điện tử). Điện tử Auger là điện tử lớp ngoài cùng của nguyên tử trong mẫu phát xạ do quá trình ion hóa nguyên tử. Qúa trình Auger này sẽ đƣợc trình bày rõ trong phần XPS. Tia X phát ra từ mẫu: Sƣ tƣơng tác giữa điện tử với vật chất có thể sản sinh phổ tia X đặc trƣng, rất hữu ích cho phân tích thành phần hóa học của vật liệu. Các phép phân tích có thể là phổ tán sắc năng lƣợng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy - EDXS) hay phổ tán sắc bƣớc sóng tia X (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy - WDXS)... Huỳnh quang catốt (Cathodoluminesence): Là các ánh sáng phát ra do tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu. Phép phân tích này rất phổ biến và rất hữu ích cho việc phân tích các tính chất quang, điện của vật liệu. Nếu gọi dòng chùm điện tử tới là I0, dòng tán xạ ngƣợc là IBSE, dòng điện tử thứ cấp là ISE, và dòng điện truyền qua mẫu xuống đất là ISC, theo định luật dòng Kirchoff: I0 = IBSE + ISE + ISC (2.2) Khi I0 tăng thì các dòng còn lại cũng gia tăng theo. Hiệu suất tán xạ ngƣợc η đƣợc xem nhƣ là tỷ số giữa số điện tử tán xạ ngƣợc với số điện tử tới, và đƣợc tính bằng công thức: η= IBSE/I0. (2.3) Hiệu suất của điện tử thứ cấp đƣợc tính: δ=ISE/I0. (2.4) Trong thể tích mẫu, các điện tử bức xạ sẽ thoát ra từ những vùng khác nhau nhƣ trong hình dƣới: Chùm điện tử Vùng điện tử Auger thoát ra Vùng e thứ cấp Vùng điện tử tán xạ ngược thoát ra Vùng tia X thoát thoát ra ra Hình 2.2: Độ sâu khả dĩ của các bức xạ điện tử có thể thoát ra khỏi bề mặt mẫu. Điện tử thứ cấp Phân bố năng lượng của các điện tử bức xạ Các pic Auger Điện tử tán xạ ngược Năng lượng điện tử Hình 2.3: Phổ phân bố năng lƣợng của điện tử bức xạ. Từ hình 2.3 ta thấy, năng lƣợng của điện tử tán xạ ngƣợc khá lớn, trong khi năng lƣợng của điện tử thứcấp luôn nhỏ hơn 50 eV. Mẫu C Mẫu Fe Mẫu Au Hình 2.4: Mô phỏng Monter Carlo quá trình tán xạ của điện tử trong mẫu C, Fe, và Au, năng lƣợng tới 5 keV, đƣờng kính chùm điện tử là 10 nm. Bảng 2.1: Lĩnh vực ứng dụng của các tín hiệu. Ứng dụng Tín hiệu Hình thái học Tất cả các dạng tín hiệu, trừ tia X và điện tử Auger. Phân tích nguyên tố Tia X, huỳnh quang cathode, điện tử Auger, và điện tử tán xạ ngƣợc. Tinh thể học Điện tử tán xạ ngƣợc, điện tử truyền qua, điện tử thứ cấp và tia X. Liên kết hóa học Điện tử Auger, và tia X. Tính chất điện từ Điện tử thứ cấp và suất điện động. Độ phân giải của SEM khá cao khoảng 1-5 nm (kích thƣớc). Độ phóng đại đƣợc điều chỉnh dễ dàng từ 10x - 300,000x. Nếu so sánh SEM với các loại kính hiển vi quang học tốt nhất, thì hình ảnh của SEM có độ sâu ảnh trƣờng tốt hơn 100 lần và độ phóng đại của ảnh có thể tốt hơn 100.000 lần. Ngoài ra, khi so sánh với TEM chỉ cung cấp hình ảnh hai chiều, SEM có thể cung cấp hình ảnh ba chiều, điều nay tạo rất nhiều thuận lợi cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu các mẫu vật. Hơn nữa, việc chuẩn bị mẫu của SEM đơn giản hơn rất nhiều so với TEM. 2.2. Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, thƣờng viết tắt là SEM): 2.2.1. Giới thiệu: SEM là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu. Chùm điện tử sẽ tƣơng tác với các nguyên tử nằm gần hoặc tại bề mặt mẫu vật sinh ra các tín hiệu (bức xạ) chứa các thông tin về hình ảnh của bề mặt mẫu, thành phần nguyên tố, và các tính chất khác nhƣ tính chất dẫn điện. SEM lần đầu tiên đƣợc phát triển bởi nhà khoa học Zworykin vào năm 1942, là một thiết bị gồm một súng phóng điện tử, ba thấu kính tĩnh điện và hệ thống các cuộn quét điện từ đặt giữa thấu kính thứ hai và thứ ba, và ghi nhận chùm điện tử thứ cấp bằng một ống nhân quang điện. Hình 2.5: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội. Năm 1948, C. W. Oatley ở Đại học Cambridge (Vƣơng quốc Anh) phát triển kính hiển vi điện tử quét trên mô hình này và công bố trong luận án tiến sĩ của D. McMullan với chùm điện tử hẹp có độ phân giải đến 500 Angstrom. Trên thực tế, kính hiển vi điện tử quét thƣơng phẩm đầu tiên đƣợc sản xuất vào năm 1965 bởi Cambridge Scientific Instruments Mark I. 2.2.2. Thiết bị: Các bộ phận chính của SEM gồm: - Nguồn phát điện tử (súng phóng điện tử). - Hệ thống các thấu kính từ. - Buồng chân không chứa mẫu. - Bộ phận thu nhận tín hiệu detector (tùy từng loại mục đích phân tích, thông thƣờng là detector điện tử thứ cấp). - Thiết bị hiển thị. Các bộ phận khác: Nguồn cấp điện, hệ chân không, hệ thống làm lạnh, bàn chống rung, hệ thống chống nhiễm từ trƣờng và điện trƣờng. Súng điện tử Anốt Chùm điện tử Kính hội tụ Cuộn quét Vật kính Hệ thống quang Máy quang phổ Bơm Mẫu đo Hình 2.6: Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét. Dây cáp cao thế Wehnelt Cuộn dây Anốt Chùm điện tử Kính hội tụ Khe Các cuộn quét Điều chỉnh khe Vật kính Detector điện tử tán xạ ngược Detector năng lược tán xạ tia X Detector điện tử thứ cấp Mẫu Buồng mẫu Camera hồng ngoại Đế Bơm hút - Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống thấu kính từ của kính hiển vi điện tử quét. a. Súng phóng điện tử: Súng điện tử thƣờng hoạt động trong khoảng từ 0 đến 30 kV, đôi khi 60 kV tùy thuộc thiết bị. Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống nhƣ việc tạo ra chùm điện tử trong các thiết bị quang học điện tử khác, tức là điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trƣờng nóng hoặc lạnh), sau đó đƣợc tăng tốc. Súng phát xạ nhiệt điện tử (A thermionic electron gun): Khi nung nóng một vật liệu dẫn điện đến điểm mà các điện tử ở lớp quỹ đạo ngoài cùng có đủ năng lƣợng vƣợt qua đƣợc rào thế năng và thoát ra ngoài, chùm điện tử sẽ đƣợc sinh ra. Có hai loại vật liệu chính làm nguồn nhiệt là cuộn dây tungsten và lanthanum hexaboride (LaB6), chúng hoạt động trong môi trƣờng chân không cao ~10-5 và ~10-7 torr. Cuộn catốt tungsten thƣờng đƣợc sử dụng cho phát xạ nhiệt của súng phóng điện tử do nó có giá thành rẻ. Đƣờng kính cuộn khá nhỏ khoảng 0.1 mm, và đƣợc uốn cong thành hình chữ V nhƣ hình 2.8. Cuộn có độ nóng chảy cao và áp suất bay hơi thấp. Để đảm bảo cho nguồn phóng điện tử ổn định, nhiệt độ cuộn tungsten phải đạt khoảng 30000C. Tuy nhiên cuộn dây tungsten cũng có những hạn chế là nhiệt độ hoạt động khá cao khoảng 2700 K, và phải thƣờng xuyên thay mới do sự bay hơi. Điện tử khi thoát ra khỏi cuộn dây sẽ có năng lƣợng là: E kT (2.5) Với k là hằng số Boltzmann (8.617398 x 10-5 eV/K); T là nhiệt độ của cuộn dây (2700K), Vậy năng lƣợng điện tử phát xạ là khoảng 0.23 eV. Lanthanum hexaboride (LaB6) hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn cuộn dây tungsten, và do đó nó có sản lƣợng phát xạ cao hơn. Tuy nhiên cuộn dây LaB6 cần phải có chân không cao hơn tungsten mới có thể hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ. Súng phát xạ nhiệt điện tử Cuộn dây Điện trở Wehnelt Nơi giao căt Anốt Nối đất Hình 2.8: Sơ đồ súng phát xa nhiệt điện tử. Từ sơ đồ hình 2.8, ta thấy súng phát xạ điện tử ngoài hai bộ phận chính là catốt và anốt, còn có ống trụ Wehnelt. Công dụng chính của ống trụ Wehnelt là dồn các điện tử vào thành “chùm” ở trung tâm. Ban đầu các điện tử thoát ra theo mọi hƣớng khác nhau từ cuộn dây catốt, ống trụ Wehnelt đƣợc phân cực âm (từ 200V đến -300V) và bố trí xung quanh cuộn dây tạo ra trƣờng tĩnh điện đẩy, tập trung các điện tử vào giữa. Thế gia tốc đƣợc chọn từ 10-1000 kV. Tăng dòng chạy qua cụộn dây cho tới khi đầu uốn cong của cuộn dây phát xạ cực đại (đạt bảo hòa). Khi phát xạ điện tử, cần phải điều chỉnh thế để chùm phát xạ điện tử càng cao càng tốt nhƣng phải đảm bảo độ bền của cuộn dây. Có hai yếu tố ảnh hƣởng đến súng phát xạ nhiệt điện tử: 1. Dòng điện của cuộn dây: Dòng điện này điều khiển nhiệt độ của cuộn dây, do đó nó tạo ra số lƣợng điện tử bức xạ hay dòng bức xạ. Điều cần đạt đƣợc là phải tạo ra một số lƣợng lớn điện tử bức xạ trong một đoạn nhỏ của cuộn dây, đây chính là lúc cuộn dây phát xạ bảo hòa, tức là khi này dù có tiếp tục tăng dòng điện cuộn dây cũng không thể phát xạ thêm điện tử. 2. Thế gia tốc: Thế gia tốc điều khiển kích thƣớc vùng phát xạ điện tử của cuộn dây, do vậy nó ảnh hƣởng tới cả kích thƣớc nguồn phát xạ và dòng phát xạ. Nếu thế quá cao, sẽ không có vùng nào của cuộn dây bức xạ, thƣờng gọi là bị “pinched off”. Mục tiêu chính của việc điều chỉnh thế là nhằm thay đổi độ sáng của chùm điện tử. Cuộn dây Hình 2.8: Ảnh cuộn dây và ống trụ Wehnelt trong máy SEM JEOL-6480LV. Nguồn phát xạ trường: Gồm một điện trƣờng mạnh (105 to 108 V/cm) đặt giữa anốt và catốt. Catốt T là một mũi nhọn sắc (thƣờng làm bằng tungsten), bán kính mũi nhỏ hơn 100 nm. Hiệu điện thế V1 giữa mũi T và anốt thứ 1 (FA) tạo nên một điện trƣờng, tâp trung vào mũi nhọn để tạo thuận lợi cho việc phát xạ điện tử. Hiệu điện thế V0 giữa mũi dò T và anốt thứ hai (SA - đƣợc nối đất), để gia tốc các điện tử, hiệu thế này đƣợc gọi là thế gia tốc (accelerating voltage). Thế gia tốc càng lớn, các điện tử càng chuyển động nhanh xuống hệ thống thấu kính từ, và năng lƣợng càng cao. Hình 2.9: Sơ đồ nguồn phát xạ trƣờng, gồm mũi phát xạ T, anốt thứ nhất FA, anốt thứ hai SA. Thế giữa mũi phát xạ T và anốt thứ nhất là ~ 3000V. V0 là thế gia tốc. b. Hệ thống các thấu kính từ: Sau khi rời khỏi anốt, chùm điện tử bị phân kỳ nên phải dùng hệ thống các thấu kính từ để hội tụ chúng thành một điểm trên bề mặt mẫu trong cột chân không (< 10-3 Pa). Trong từ trƣờng, các điện tử chuyển động và chịu tác động bởi lực từ:  F   eV B (2.6) Với V là vận tốc của điện tử, B là từ trƣờng. Lực này gây cho điện tử chuyển động theo hƣớng vuông góc với trục kính và xoắn ốc theo trục chùm nhƣ hình 2.7: Hình 2.10: Sự chuyển động của điện tử trong thấu kính từ. Hình a: Từ trƣờng và vật tốc ban đầu của điện tử; Hình b: Lực từ làm cho điện tử chuyển động xoắn quanh trục A của kính. Lƣu ý là chùm bị phân kỳ sau khi đi qua khỏi điểm hội tụ, Hình c: Kết quả chuyển động của điện tử giống nhƣ trong thấu kính quang. Hệ thống thấu kính từ bao gồm: kính hội tụ 1 và 2 (condenser), và vật kính nhƣ trong hình 2.7. Kính hội tụ (condenser): Hoạt động giống nhƣ một thấu kính đơn. Khi gia tăng dòng qua thấu kính hội tụ, thì tiêu cự của nó giảm và sự phân kỳ tăng nhƣ trong các hình 2.11 và 2.12 dƣới đây: Chùm điện tử Mẩu cực Khe Cuộn đồng Khe khí Vỏ sắt Tiêu cự Hình 2.11: Sơ đồ kính hội tụ và hai khe vào và khe ra (còn gọi là khe giới hạn limiting aperture) của chùm điện tử. Tiêu cự Tiêu cự Hình 2.12: Sự thay đổi dòng điện trong thấu kính hội tụ làm cho tiêu cự của chùm điện tử bị thay đổi. Lƣu ý là ta nên chỉnh cho tiêu cự chùm điện tử luôn ở trên khe ra nhƣ trong hình b và c. Đƣờng kính chùm điện tử tại điểm dò (spot size) phụ thuộc vào dòng của chùm điện tử (đƣợc điều chỉnh qua kính hội tụ) và vật liệu chế tạo cuộn dây phát xạ địện tử. Đƣờng kính này có thể đạt tới ~ 6nm với nguồn phát xạ nhiệt tungsten thông thƣờng và ~ 3 nm đối với nguồn phát xạ trƣờng khi yêu cầu cƣờng độ lớn. Mối liên hệ giữa chúng đƣợc diễn tả qua hình 2.13. Dòng điện tử (A) Súng phát xạ trường Đường kính chùm điện tử (nm) Hình 2.13: Mối liên hệ giữa đƣờng kính chùm điện tử và dòng chùm điện tử. Tungsten có kích thƣớc lớn nhất, phát xạ trƣờng và LaB6 có kích tƣớc nhỏ hơn và tốt hơn. c. Hệ thống chân không: Hệ thống bơm chân không là thiết bị dùng để hút hết khí và hơi của các vật chất khác nhau ra khỏi thể tích (cột) chứa chùm điện tử. Trong hầu hết các kính hiển vi điện tử, đều sử dụng hai loại bơm là bơm cơ học (bơm quay dầu) và bơm khuếch tán. Đơn vị để đo lƣờng áp suất (chân không) thƣờng là torr hay Pascal. Áp suất không khí là 760 torr hay 1.01 x 105 Pascal. (1 torr = 133.32 Pascal; 1 Pascal = 0.0075 torr). Chùm điện tử phải hoạt động trong điều kiện chân không cao vì các lý do sau đây: - Tạo quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử lớn hơn chiều dài ống điện tử. Thông thƣờng áp suất chân không thích hợp khoảng 10-4 torr (<0.1 Pa). - Tránh phóng điện hồ quang giữa catốt (cuộn dây) và anốt do thế giữa chúng rất cao. Khả năng cách điện của không khí phụ thuộc vào khá lớn vào áp suất. Để duy trì điện thế 20 kV giữa bộ phận Wehnelt và anốt ở áp suất 10-4 torr thì khoảng cách giữa chúng khoảng 2 mm, nếu thế cao hơn thì chân không phải cao hơn. Vùng phóng điện khí Khả năng cách điện của không khí Hình 2.14: Sự tƣơng quan giữa khả năng cách điện của không khí với áp suất chân không. Khả năng cách điện đƣợc đo bằng volt/mil (1 mil = 0.0254 mm). Nguồn ảnh: http://www- rhvd. fnal.gov /meetings /monday_meetings /presentations/sergio1.html. - - Hạn chế việc va chạm giữa các điện tử trong chùm với các phân tử còn sót lại trong buồng. Vì việc va chạm có thể làm tán xạ chùm điện tử hay làm bay hơi các phân tử hữu cơ (ví dụ nhƣ dầu chân không) làm nhiễm bẩn buồng chân không. Bảo vệ cuộn dây catốt không bị oxi hóa. Trong chân không các tia X mềm (soft X ray nhƣ B-kα) không bị mất mát do hấp thu khi truyền đi. Trong hầu hết các kính hiển vi điện tử đều dùng bơm quay dầu và bơm khuếch tán dầu. Khi cần chân không siêu cao thì bơm phân tử turbo đƣợc thay cho bơm khuếch tán. Bơm quay dầu hút buồng chân không tới ~ 10-3 torr, thì mở van bơm khuếch tán để hút chân không cao hơn ~ 10-6 torr. Hình 2.15: Sơ đồ hệ bơm chân không. (1) van ngăn cách súng điện tử; (2) cửa sổ ngăn giữa máy quang phổ và buồng chân không; (3) nút thay mẫu; (4) bể chân không ballast tank; (5) bơm quay dầu; (D) bơm khuếch tán dầu. Buồng chứa mẫu Cửa van Bơm khuếch tán Bơm cơ Hình 2.16: Sơ đồ hoạt động của hệ chân không. Ban đầu bơm quay dầu 1 (sơ cấp 1) hoạt động, hút khí theo đƣờng màu xanh và lục. Khi áp suất khoảng 1 torr, cửa van mở ra cho bơm khuếch tán hoạt động, hút theo đƣờng màu đỏ, và bơm 1 đóng. Bơm khuếch tán đƣợc hỗ trợ bởi bơm cơ 2. Bể chân không (ballast tank) dùng để chứa khí trong thời gian ngắn khi bơm 1 và 2 tắt đi. Bơm quay dầu: Tùy theo cấu tạo, có thể chia loại bơm quay dầu thành nhiều kiểu: rotor – lá gạt, stator – lá gạt, van trƣợt. Trong phần này, chúng tôi xin trình bày bơm stator – lá gạt. Bơm stator – lá gạt (bơm cơ): - Cấu tạo: Bơm gồm có một hình trụ rỗng (stator) và một hình trụ đặc (rotor). Hai hình trụ này đặt lệch tâm nhau và luôn tiếp xúc nhau ở điểm F. Stator có hai lỗ: lỗ hút khí và lỗ tỏa khí. Lá gạt C-D nằm dọc đƣờng kính rotor và luôn luôn tiếp xúc với thành (phía trong) của stator nhờ lò xo nén. Khí ra Khí vào Dầu Hình 2.17: Sơ đồ bơm stator – lá gạt. Hoạt động: Khi rotor quay theo chiều kim dồng hồ thì thể tích vùng hút khí tăng lên, do đó áp suất trong thể tích cần hút nối với bơm giảm. Khi lá gạt A đạt đến lỗ hút khí nhƣ hình 2.18, thì vùng khí trở thành vùng truyền. Khi lá gạt B đạt đến lỗ tỏa khí, thì vùng truyền trở thành vùng tỏa khí và khí sẽ thoát ra ngoài. Qúa trình đƣợc lăp lại cho đến khi các phân tử không khí trong buồng chân không bị hút gần hết. Hình 2.18: Sơ đồ hoạt động của bơm stator – lá gạt. Van tỏa khí F và rotor đƣợc nhấn trong dầu để tránh khí lọt từ ngoài vào, tạo độ nhớt khi rotor chuyển động, làm mát bơm khi đang hoạt động, và để bẫy các phân tử không khí. Bơm khuếch tán dầu: Bơm hoạt động bằng việc đun sôi dầu ở đáy bơm. Các phân tử dầu bay hơi với tốc độ siêu âm (400 m/s) lên các vách ngăn hình phễu và hƣớng về mọi hƣớng. Các phân tử không khí bị dồn nén và bị cuốn vào các dòng hơi dầu. Thành bên ngoài của bơm đƣợc làm lạnh bằng các dòng nƣớc cuộn quanh bơm. Khi hơi dầu chạm vào thành ngoài của bơm, chúng sẽ nguội đi, tụ lại thành chất lỏng và chuyển xuống đáy bơm đồng thời chúng cũng kéo theo các phân tử không khí bị hấp thụ. Tại đáy bơm, dầu lại tiếp tục bị nung nóng và giải phóng các phân tử không khí, và các phân tử không khí này sẽ bị một bơm cơ khác hút ra. Áp suất chân không đạt đƣợc đối với bơm khuếch tán là 10-5 to 10-6 torr. Chân không cao Các cuộn nước làm lạnh Hơi dầu Dòng khí được bơm cơ hút ra Chân không thấp Tấm chắn nhiệt Dầu sôi Bếp nung Hình 2.19: Sơ đồ bơm khuếch tán dầu.
- Xem thêm -