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Quecksilberdiffusions-Dampfstrahlpumpen

Diese zwei Arten der Hochvakuumpumpen werden anstatt Öl mit Quecksilber betrieben. Sie wurde 1916 von Wolfgang Gaede vorgestellt und funktioniert prinzipiell genau wie jede andere Hochvakuumpumpe ohne bewegliche Teile. Sie werden aus den typischen technischen Gläsern Duran oder Boro 3.3, sowie Quarzglas gebaut und sind somit thermisch und chemisch stabil.

Quecksilberdiffusionspumpe

Verschiedene Nahansichten der Pumpe: [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Aufbau

Die Diffusionspumpen bestehen meistens aus einem Düsenstock von ein bis drei Schirmen, einem Kühlmantel, einer Falle mit Zugang zum Rezipienten, einem Behältnis für das Quecksilber und einem typischen Laborkühler für den Ausgang und der Absaugung des Gases durch eine weitere Vorpumpe. Dampfstrahlpumpen sind in der Regel gleich aufgebaut, jedoch sind in den Diffusionspumpen das Dampfleitrohr und der Hauptkörper direkt mit dem Behältnis verbunden und dienen somit gleichzeitig als Düsenstock. Bei Dampfstrahlpumpen ist das Dampfleitrohr separat und außerhalb des Düsenstocks mit einem Bogen an den Hauptkörper angebracht und ähneln einer Trompete. Zusätzlich besitzt sie am Ende des Düsenstocks eine Lavaldüse, um Überschallgeschwindigkeiten im Dampf-Gas-Gemisch zu erreichen. Dadurch entsteht in beiden Varianten ein starker Sog, welcher sich in den Rezipienten fortsetzt und dort den Vorunterdruck von 0,1 mBar auf bis zu 10^-9 mBar erniedrigt.

Funktionsweise

Beide Pumpenarten basieren auf der Eigenschaft von Quecksilber, schon bei ungefähr 350°C zu sieden und darauf, dass es einen extrem hohen Siededruck hat. In dem Behältnis wird das Quecksilber erhitzt und zum Verdampfen gebracht. Der Dampf wandert durch das Dampfleitrohr in die Düsenstöcke, wo es sich durch kleine Löcher in die Schirme und Lavaldüsen drücken kann. Dadurch erhalten sie eine nach unten gerichtete Bewegung und reißen somit andere Gasmoleküle aus demcRezipienten mit sich mit. Der Quecksilberdampf wird an den Außenseiten des Kühlmantels kondensiert und fließt anschließend durch ein Siphon zurück in das Flüssigkeitsbehältnis. Das auf dieser Weise ausströmende Gas wird durch einen kleinen Produktkühler/Laborkühler abgekühlt und verliert somit weitere Anteile an Quecksilberdampf. Um das Quecksilber rein zu halten von unerwünschten Flüssigkeiten, muss eine Falle davor geschaltet werden, um alles an Dämpfen zu kondensieren. Das gelingt typischerweise durch Trockeneis oder Calciumchlorid in Wasser. Beides hat starke Kühleigenschaften, manche Exemplare in Universitäten haben sogar eine Möglichkeit, flüssigen Stickstoff für die Falle zu benutzen.

Herstellung

Quecksilberpumpen sind typische Meister- und Gesellenstücke einer Glasapparatebauerausbildung, da die Komplexität der verwendeten Bauteile sehr viel Augenmerk auf verschiedene Bauweisen betrifft: Genauigkeit der Spaltmaße bei den Schirmen, Durchlass zu den Schirmen, effiziente Kühlung der Dämpfe und Gase sowie insgesamte Stabilität der Apparatur bei intensiver Nutzung. Selbst geringe Ungenauigkeiten führen zu einer verminderten Effizienz und man erreicht nicht die maximalen Vakuumwerte. Somit wird alle wichtigen Werte erfasst und man kann sehr gut sehen, wie genau der Glasbläser gearbeitet hat.