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极高真空主要指的是星际空间或大型实验装置中达到的超高真空水平:
星际空间真空:在星际空间,气体密度极低,平均每立方米只有几颗氢原子,压力极其微小,远低于地球上的任何人工真空。其压力大约在10⁻¹⁰到10⁻¹¹毫巴(mbar)甚至更低,接近完美真空,但仍存在少量粒子和辐射1。
大型强子对撞机(LHC)真空系统:作为世界上最大的人工真空系统,LHC的束管内真空压力可达到约10⁻¹⁰到10⁻¹¹毫巴,几乎与月球表面真空相当,甚至比某些星际空间区域还要稀薄5。其超高真空通过低温冷凝和特殊涂层吸附残余气体实现,保证粒子束不与气体分子碰撞。
实验室极高真空:地面实验室中,超高真空通常指压力低于10⁻⁹毫巴,极高真空可达到10⁻¹¹毫巴左右,制造难度和成本极高4。
空间模拟腔:用于模拟空间环境的真空腔体压力通常可达到10⁻⁶毫巴级别,已足以模拟低地球轨道及更高轨道的环境2。
综上,宇宙中的极高真空探测或人工实现的极高真空压力范围大致在10⁻⁶毫巴至10⁻¹¹毫巴之间,星际空间真空和LHC的真空系统代表了目前已知的极限水平15。
Citations:
https://www.digivac.com/what-is-vacuum-and-how-is-it-measured/
https://www.reddit.com/r/askscience/comments/sglj1/whats_the_largest_artificial_partialvacuum_weve/
https://home.cern/science/engineering/vacuum-empty-interstellar-space
https://cds.cern.ch/record/455565/files/p213.pdf
主要的真空系统获取方式包括:
机械真空泵(初级泵):如旋片泵、滑阀泵、液环泵等,用于产生预备真空(粗真空到中真空),能在大气压下工作,排除大量气体26。
动量传递泵(次级泵):如扩散泵和涡轮分子泵,通过高速喷射蒸汽或叶轮加速气体分子,实现更高真空度,常用于高真空和超高真空环境136。
气体吸附或捕集泵:如离子泵、升华泵、非蒸散型吸气剂(NEG)泵,通过电离气体或物理化学吸附方式捕获气体分子,适合超高真空,且无机械运动部件,维护简单346。
复合真空系统:通常将初级泵和次级泵串联使用,初级泵先将系统抽至较低压力,次级泵进一步提高真空度,满足不同真空等级需求6。
综上,真空系统的主要获取方式是机械泵提供初级真空,动量传递泵提升至高真空,再辅以吸附泵实现超高真空,三者结合满足不同应用的真空需求1236。
Citations:https://baike.baidu.com/item/%E7%9C%9F%E7%A9%BA%E8%8E%B7%E5%BE%97%E6%8A%80%E6%9C%AF/15575654
https://www.pfeiffer-vacuum.com/global/zh/knowledge/vacuum-technology/vacuum-generation/introduction
https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E7%A6%BB%E5%AD%90%E6%B3%B5
http://www.591yq.com/threestyle/591yq/techarticle/11797633.html
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