关于高真空系统的装置 [复制链接]

第3版()
专栏：

　　关于高真空系统的装置
交大物理系助教 方俊鑫
真空的意义和价值
我们人类所生活的地球上，笼罩有一层极厚的气层，这气层对于保障人类安全的生活，有着非常重要的意义。这气层所加于人体的压力约相当于７６０毫米水银柱高的压力。所以寻常就以摄氏零度时７６０毫米的汞高来表示一个标准大气压。我们知道在寻常大气压下，气体是个相当良好的绝缘体。但是如果在一封闭的空间（譬如一封闭的玻璃管并附有两个金属极）用抽气机把气体分子的数量减少，即气体压力降低，这封闭空间中的气体、导电能力就增加，达到某一程度时，更有放电的现象产生。这种真空放电的现象随着压力而改变它的外貌。这在科学上提供了极有价值的研究资料，推进了科学的发展，近代化物理学的发展就是导源于这类现象的研究。在实用上有些真空管的效用就利用这种现象，其他如市场上所用的霓虹灯及房间里所用的日光灯，都是利用气体在真空中的导电现象。
真空中气体的压力我们通常以毫米汞高来表示。上述的导电现象在发生压力介于一至千分之一毫米（汞高从略）的真空范围。如若将压力继续降低，进入万分之一毫米，气体的导电能力则又大大减小。这是高真空中气体的绝缘效用，这效用在科学上和实用上又是极其重要的。
另一方面，电子是科学上、工程上一名极其卓越的能手，我们到处都要利用它来为人类服务。但是如何给予电子充分的能量，使它以飞快的速度前进，并且在前进途程中，更不致因撞击了气体的分子而损失其动能，这又是现代科学上所要着重考虑的问题，所以在一具玻璃管内（以金属为电极），把其中气体的压力降至千分之一毫米附近，我们所需的条件就都具备：
一、高真空中气体的绝缘性（好的玻璃管具有足够的绝缘能力），保证了我们能够在金属极加上高电压，电子受到这样高电压的作用就可以变得强有力，这就给予电力充分的能量。
二、此时玻璃管内气体分子的极端稀少，使电子在前进的途程上很少与气体分子撞击，又保证了电子原有能量不致损失。
三、更可大大免除气体正游子对阴极金属丝的撞击，进一步保证了阴极丝的寿命。
所以在Ｘ光管和强力放射管中，这些都是需要强有力的电子来服务的地方，标准很高的真空度就非常必要。因此，高真空的技术，在科学研究上，在工程制造上，在我们生活需要上，是占据着重要的地位的。
高真空技术上的问题
我们所说的高真空，在科学上的意义是表示气体压力小于每平方厘米一达因（即○·○○○七五○毫米汞高）。实际上我们绝不可能得到绝对的真空，原因是：一则抽气机的效能，因被抽空部分的气压减小而降低，最后达到该抽气机的最低压力限度，就不再有排气的本领。二则因为任何一种物质，无论金属或玻璃，都有其蒸气，在高真空中，这蒸气就显出来。所以要适当地利用高度真空来为我们服务，就必须测量高真空的程度。
测量的方法虽然很多，但各有其缺点。普通常用水银作媒剂来测定，但是在压力低于十万分之一毫米时，差误很大，尤其水银蒸气卷入真空系统，迫使我们要用液体空气来驱除之。所以在高真空中，我们又往往利用气体的特性来制造各种真空压力计，以准确地测定压力小于十万分之一毫米的真空度。
其次，在装置真空系统的过程中，（一）我们要十分谨慎地保持清洁，如果有丝毫的有机物掉入系统中，则这点微量的有机物，将不断放出气体来，使我们根本不可能获得高度的真空。（二）金属及玻璃在大气中时，吸着了多量气体，一到高真空中，这些气体就不断逸放出来，因此会损坏了系统中的真空度。（三）系统中所用的各种物料必须事先考虑其蒸气压，凡是在常温中蒸气压稍高的，都不能使用。（四）系统本身及附着物中的一切漏进气体的可能性，都必需免除。（五）金属的锈是绝对不可能在系统中存在的。（六）系统中必须有效地免除水蒸气的卷入。
装置的动机和经过
有一次上海市陈毅市长对高教工作者作形势报告，指出了帝国主义的阴谋，和我们反封锁的意义。我听了极为感动，因此想到作为一个科技教育工作者应如何配合政策来进行工作呢？经过了几个月的酝酿，同时由于物理实验室中所用的封闭Ｘ光管失效，所有关于Ｘ射线的实验，无法进行。更由于上海及其附近地区，对于高真空设备的需求日增。所以在周同庆教授的鼓励下，于去年四月间着手于真空技术的钻研，目的在装置一套高度真空系统，以适应上述要求所需的真空。但因所用的抽气机在过去反动统治时期，学校被迁移和强迫疏散，以及反动统治的压迫，教育事业在窒息中，十数年来，无法动用。因此已经生锈，零件散失不全，所用的油亦告干竭，尤其在金属的接头上产生了变形，不能密合，漏气情形极为严重。但由于校内校外多方面的协助，终于逐步地克服了以上的困难，例如本系同人协助蒸馏纯净的水银及车制金属零件，电机系同人协助校准一部分电子电路，机械系同人代为车制标准很高的金属接头，化学化工系同人代制真空油类，尤其校外科学院的赠给可贵的高真空油类等，没有他们的协助，工作是无法进行的。这些协助也只有在解放后的今天才有了可能。在装置过程中，更由于工会的鼓励，行政的支持，以及周同庆先生的领导、同系同人的帮助，使我经常工作在鼓舞的情绪中，虽然每天工作达十数小时亦不感到疲倦。
这样经过了八个月的钻研和摸索，终于准确获得了标准颇高的真空度（千万分之五毫米汞高），进入了颇多实用价值的范围。关于Ｘ射线的实验也在新的独立的基础上恢复起来。为了进一步开展工作，华东教育部更适时地给予人力上和经费上的补助。就是在这样新的而使人兴奋的环境中，我们物理系和电机系十数位同人更组织了工作委员会，现正进行配制一具辅助设备，以便把这一技术具体地应用到Ｘ光管和高真空电子管以及其他特种管的修理和研制的工作上去，以配合人民祖国的需要。
一切都要感谢毛主席，没有他的英明领导，我们是绝不会有这样好的工作环境和工作条件的。