निर्वात : संपूर्ण निर्वात म्हणजे एखाद्या बंद पात्रामधून त्यामध्ये असलेला वायू (अथवा हवा) संपूर्णपणे काढून घेणे. पात्रातील अवकाशात अशा प्रकारचा कोणत्याही द्राव्यिक अवस्थेचा संपूर्ण अभाव ही परिस्थिती निर्माण करणे शक्य होत नाही. त्यामुळे बंद पात्रातील वायूचा वा हवेचा दाब वातावरणाच्या दाबापेक्षा कमी केला म्हणजे त्यात निर्वात झाला असे म्हटले जाते. वातावरणाचा दाब (समुद्रसपाटीजवळ) ७६० मिमी. उंचीच्या पाऱ्याच्या स्तंभाएवढा असतो. यापेक्षा दाब कमी झाला म्हणजे निर्वात झाला आणि या निर्वाताचे प्रमाण पात्रात किती दाबाचा वायू राहिला आहे यावरून ठरविले जाते. १ मिमी. पाऱ्याच्या स्तंभाएवढा दाब हे निर्वात मोजण्याचे एकक असून यास टॉर म्हणतात. निर्वाताची वर्गवारी कोष्टकात दर्शविल्याप्रमाणे केली जाते.
|
निर्वात प्रमाण |
दाब (टॉर) |
|
लघू |
७६० ते २५ |
|
मध्यम |
२५ ते १ X १० -३ |
|
उच्च |
१ X १० -३ ते १ X १० -६ |
|
अति-उच्च |
१ X १० -६ ते १ X १० -९ |
|
उच्चतम |
१ X १० -१० किंवा कमी |
प्रयोगशाळेत आतापर्यंत सर्वांत जास्त निर्वात १ X १०-१५ टॉर एवढा मिळाला आहे.
ई. टोरिचेल्ली (१६०८–४७) यांनी प्रथमतः निर्वात निर्माण केला. त्यांनी तयार केलेल्या वातावरणीय दाबमापकातील काचेच्या नळीत वर चढलेल्या पाऱ्याच्या पातळीपासून बंद टोकापर्यंतच्या भागामध्ये बऱ्याच मोठ्या प्रतीचा निर्वात निर्माण झाला होता. दोन सारख्या आकारमानाचे अर्धगोल एकमेकांवर घट्ट बसवून झालेल्या गोलामधून ओटो फोन गेरिक (१६०२–८६) यांनी प्रथमतःच केलेल्या यांत्रिक चोषण पंपाने हवा काढून घेऊन बऱ्याच प्रमाणात त्यात निर्वात निर्माण केला आणि या गोलाच्या बाह्य भागावर वातावरणीय दाबनिर्मित प्रेरणा केवढी मोठी असते ह्याचे प्रात्यक्षिक दाखविले. सुरुवातीच्या काळात निर्वात करण्याकरिता सुधारित गेरिक चोषण पंपासारखे यांत्रिक पंप किंवा ज्यामध्ये वर खाली होणाऱ्या पाऱ्याच्या स्तंभाचा उपयोग केला आहे असे एच्. गाइसलर व ए. टपलर यांनी शोधून काढलेले पंप वापरात होते. यांचा निर्वातीकरणाचा वेग कमी होता व त्यामुळे मिळणारा निर्वातही उच्च प्रतीचा नव्हता. या पंपाचाच उपयोग करून वायूमधील विद्युत् विसर्जनावर (विद्युत् प्रवाह वाहण्यासंबंधी) संशोधन होऊन महत्त्वाचे शोध लागले. विसाव्या शतकात निर्वातीकरणाच्या तंत्रात फारच मोठी प्रगती झाली असून सध्या निर्वाताचा उपयोग अनेक महत्त्वाच्या उद्योगधंद्यात केला जातो. औषधनिर्मिती धंद्यात जीवनसत्त्वाची निर्मिती करण्याकरिता निर्वात ऊर्ध्वपातनाचा (निर्वातामध्ये बाष्पात रूपांतर करून घटक द्रव्ये अलग करण्याच्या पद्धतीचा) उपयोग केला जातो. पदार्थांचे निर्जलीकरण निर्वाताच्या साहाय्यानेच चांगले होते (उदा., दुधाची भुकटी). धातुविज्ञानामध्ये पोलादावर निर्वातात शुद्धीकरण क्रिया करून विशिष्ट प्रतीचे पोलाद मिळविता येते. मॉलिब्डेनम, टंगस्टन, टँटॅलम यांसारख्या धातूंचे संस्करण निर्वातातच करावे लागते. ही प्रक्रिया जर वातावरणात केली, तर त्या धातूमध्ये बिघाड होतो असे आढळते [⟶ निर्वात धातुविज्ञान]. औष्णिक अणुकेंद्रीय प्रयुक्तीकरण लागणाऱ्या ड्युटेरियम व ट्रिटियम यांसारख्या वायूंचे शुद्धीकरण निर्वातामध्येच करणे शक्य होते. वरील सर्व क्रियांकरिता मध्यम प्रतीचाच निर्वात लागतो. प्रकाश विद्युत् नलिका, इलेक्ट्रॉन निर्वात नलिका [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ती], निर्वात धारित्र (विद्युत् भार साठवून ठेवणारे साधन), क्ष-किरण नलिका यांमध्ये उच्च ते अति-उच्च प्रतीचा निर्वात लागतो.
निरनिराळ्या जातींच्या पंपांची रचना, निर्वात संचाचे अभिकल्पन (आराखडा तयार करणे), निर्वातमापन व त्याचे विविध क्षेत्रांतील उपयोजन याचे विवेचन प्रस्तुत नोंदीत केले आहे.
निर्वातीकरण संचाचे अभिकल्पन : निर्वातीकरण संचाची स्थूलमानाने स्थैतिक व गतिक अशा दोन प्रकारांत विभागणी करतात. विद्युत् दिव्यामध्ये निर्वात करण्याकरिता स्थैतिक संच योग्य ठरतो कारण त्याच्यामध्ये आवश्यक इतका निर्वात मिळाल्यानंतर त्या दिव्याचा कोष (गोळा) बंदिस्त केला जातो व त्याचा पंपाशी संबंध तोडला जातो. याउलट धातूच्या शुद्धीकरण क्रियेकरिता गतिक संच योजना वापरली जाते. यामध्ये शुद्धीकरण क्रिया चालू असताना उपकरणाचा निर्वात पंपाशी संबंध चालूच ठेवावा लागतो, कारण शुद्धीकरणाच्या क्रियेमध्ये जे वायू बाहेर टाकले जातात ते पंपाच्या साहाय्यानेच संचाच्या बाहेर काढून टाकावे लागतात. काही निर्वातीकरण संचांत त्यांच्या आवरणभिंतीत असलेल्या सूक्ष्म छिद्रांमुळे किंवा इतर तशाच कारणामुळे बाहेरील वातावरणातील हवा सूक्ष्म प्रमाणात संचात सारखी झिरपत राहते. बाहेरील वातावरणातील हवा व आतील हवा यांच्या दाबांत खूप फरक असल्यामुळे हे क्षरण होते. काही वेळा आवरणभिंतीवर अधिशोषित (पृष्ठभागावर धरून ठेवलेला) वायू (अथवा हवा) असतो. संचात निर्वात केल्यानंतर या वायूचे हळूहळू विशोषण होते. अशा रीतीने मुक्त झालेले वायू सतत बाहेर काढण्याकरिता गतिक निर्वातीकरण योजना वापरावी लागते. स्थैतिक संचात क्षरण तसेच त्यातील घटकातून वायू बाहेर येण्याचे प्रमाण अत्यंत कमी असावे लागते व आवरणभिंतीपासून वायू बाहेर येण्याचे प्रमाण बरेच कमी असणे आवश्यक असते, हे स्पष्ट आहे. या दोन विभागणींत ठळक आणि निश्चित असा भेद करता येत नसला, तरी स्थैतिक संचात सर्वसाधारणपणे अशा अनावश्यक वायूची परिगमन त्वरा इतकी कमी असते की, अखेर मिळणाऱ्या निर्वातावस्थेच्या तुलनेने त्यातील पंपाचा वेग महत्त्वाचा ठरत नाही. याउलट गतिक संचात या त्वरेचे प्रमाण जास्त असल्यामुळे पंपाचा निर्वातीकरणाचा वेग मोठा असावा लागतो. याकरिता निरनिराळे भाग पंपाशी आणि एकमेकांशी जोडणाऱ्या नळ्या आखूड व रुंद ठेवण्याला महत्त्व प्राप्त होते. निर्वातीकरण संचाचे मोठा व लहान अशा दोन प्रकारांत वर्गीकरण करतात. ज्या संचात निर्वात करावयाचे घनफळ १० लिटर किंवा त्याहून जास्त असेल, तर त्यास मोठा संच असे म्हणतात व यापेक्षा कमी घनफळ असणाऱ्या संचाला लहान संच म्हणतात. हे वर्गीकरण अर्थातच स्वेच्छ आहे. तथापि सर्वसाधारणपणे गतिक संचात मोठ्या प्रकाराचाच अंतर्भाव होत असतो.
स्थैतिक किंवा गतिक संचात पुढील प्रमुख भाग असतात : (१) यांत्रिक परिभ्रमी निर्वात पंप याचा उपयोग प्रारंभिक निर्वात करण्यासाठी होतो (२) विसरण पंप किंवा आयन पंप (यांचे वर्णन पुढे दिले आहे) – उच्च किंवा उच्चतम निर्वातासाठी (३) शीतप्रतिबंधक निर्वात संचाच्या काही भागातून जर पाण्याची वाफ व इतर बाष्परूप पदार्थ मुक्त झाले, तर त्यांचे शीतप्रतिबंधकामध्ये परत द्रवीकरण होते. हे बाष्प जर पंपापर्यंत जाऊन पोहोचले, तर ते त्यामधील तेलावर दुष्परिणाम करून पंपाची निर्वात करण्याची क्षमता कमी करतात (४) निर्वात करावयाचे भांडे (पात्र) (५) निर्वातमापके.
निर्वात पंपाच्या बाबतीत त्याच्या निर्वातीकरणाचा वेग S हा महत्त्वाचा असतो. स्थिर वायुदाब P असताना जर V घनफळाचा वायू पंपाच्या साहाय्याने t सेंकदामध्ये संचाच्या बाहेर काढला गेला, तर S चे मूल्य पुढील सूत्राने मिळते.
|
S = |
( |
V |
) |
….. ….. (१) |
|
t |
निर्वात संचात (यामध्ये निर्वात करावयाचे भांडे, पंप आणि त्यांना जोडणाऱ्या नळ्या यांचा समावेश होतो) कोठल्याही बिंदूपासून एक आडवा छेद घेणारे प्रतल कल्पिले, तर पुढील पारत्वरा (थ्रूपुट) Q ही महत्त्वाची राशी मिळते.
Q = SP = nkTS ….. ….. (२) येथे n प्रतलामधून प्रति सेकंद जाणाऱ्या रेणूंची संख्या, k बोल्टस्‌मान स्थिरांक, T निरपेक्ष तापमान. २०° से. या तापमानास व १ टॉर या दाबात प्रतिसेकंद बाहेर येणाऱ्या वायूचे लिटरमध्ये मोजलेले घनफळ हे पारत्वरेचे एकक असते. निर्वातीकरण संच काच किंवा त्याच प्रकारच्या (उदा., रबर) नलिकेच्या साहाय्याने निर्वात पंपाशी जोडलेला असतो. संचातील वायू बाहेर काढून घेण्याची त्वरा या नलिकेचा आकार, लांबी इ. राशींवर अवलंबून असते. या परिणामाचे वर्णन करण्याकरिता विद्युत् प्रवाहाच्या वहन क्रियेशी समरूपता मानून संयोग पथास एक संरोध (सर्व प्रकारचा एकूण रोध) Z आहे, असे समजलेजाते. नलिकेच्या या संरोधाची व्याख्या खालील समीकरणाने करतात.
|
Z = |
P1 – P2 |
= |
दाबफरक |
… … (३) |
|
Q |
पारत्वरा |
निर्वातकरण पथामध्ये सच्छिद्र प्रतल असेल, तर त्यालाही एक संरोध आहे. असे मानता येते. छिद्राच्या नलिकेच्या किंवा जोडणाऱ्या भागाच्या संरोधाच्या व्यस्तांकास संवहनांक V म्हणतात.
|
V = |
Q |
…. …. (४) |
|
P1-P2 |
पंप चालू असताना इयत्तीकरण केलेल्या (प्रमाणित साधनाशी तुलना करून अंशदर्शक खुणा केलेल्या) क्षरण झडपेतून प्रती सेकंद आत ओढल्या जाणाऱ्या हवेचे घनफळ मोजून Q चे मूल्य (समी. २) काढता येते. Q मोजण्याकरिता दुसरी एक रीत उपलब्ध आहे. हीमध्ये प्राथमिक प्रयोगांनी जिचा संरोध माहीत झाला आहे अशी एक नलिका निर्वातीकरण मंडलात जोडून तीवर मिळणारा दाबफरक मोजला जातो. Q चे मूल्य समी. (४) वरून मिळते, यावरून निर्वातीकरणाचा वेग S हा काढता येतो.
निर्वातीकरण संचात एक इष्ट निर्वातीकरणाचा वेग पाहिजे असल्यास पंपाला जोडणाऱ्या सर्व नलिकांचा संरोध लक्षात घेऊन पंपाचा निर्वातीकरण वेग किती लागेल याचे त्यावरून अभिकल्पन करता येते. सर्वसाधारणपणे नलिकेचा व्यास जितका जास्त व तिची लांबी जितकी कमी तेवढा तिचा संरोध कमी असतो. संरोधाचे या राशीबरोबरचे चलन त्यामधील वायूच्या दाबाबर देखील अवलंबून असते. (१) जर दाब जास्त असल्यामुळे वायुरेणूचा माध्य मुक्त पथ (रेणूंच्या) लागोपाठच्या टकरींमध्ये एका रेणूला आक्रमावे लागणारे सरासरी अंतर) नलिकेच्या त्रिज्येपेक्षा (a) खूप कमी असेल, तर वायू वाहण्याची गती श्यानता (सांद्रता) नियंत्रित असते. अशा परिस्थितीत गोल नलिकेकरिता संरोध खालील सूत्राने मिळतो.
|
Z = |
8ηl |
…. …. (५) |
|
πa4P |
येथे l नलिका लांबी, a नलिका त्रिज्या, ηश्यानता गुणांक, P वायुदाब. याउलट दाब पुरेसा कमी झाला, तर वायुप्रवाह रेणवीय परिगमन प्रकारचा होतो. या परिमनाकरिता संरोध खालील सूत्राने मिळतो.
|
Z = |
24 l |
√ |
2πm |
…. …. (६) |
|
πa3 |
kT |
येथे m वायुकण वस्तुमान, k बोल्टस्‌मान स्थिरांक, T निरपेक्ष तापमान.
विद्युत् संरोधाच्या बाबतीत जे नियम लागू पडतात तेच निरनिराळ्या घटकांच्या निर्वात संरोधावरून एकंदर जोडणी पथाचा परिणामी संरोध काढण्याकरिता वापरले जातात.
निर्वात पंप : मध्य व उच्च निर्वाताकरिता बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात यांत्रिक परिभ्रमी पंप आणि बाष्प पंप यांचा वापर केला जातो. साधारण मध्यम प्रतीचा निर्वात मिळविण्याकरिता फक्त परिभ्रमी पंप पुरा पडतो. परिभ्रमी पंपाचा वेग २० ते २०,००० लि./ मि. इतका असून त्यांना कार्यन्वित करणाऱ्या विद्युत् चलित्राची (मोटरीची) अश्वशक्ती १/८ पासून ४० पर्यंत असते. या पंपामुळे १०-३ ते १०-४ टॉर एवढा निर्वात मिळू शकतो. दोन परिभ्रमी पंप एकसरीत (एकापुढे एक जोडून) वापरले असता त्यांपासून जास्त प्रमाणाचा निर्वात मिळतो. बाष्प पंप व त्याला साहाय्यक म्हणून परिभ्रमी पंप अशी योजना केल्यास १०-७ टॉर पर्यंतचा निर्वात मिळू शकतो. बाष्प पंपात दोन प्रकार असतात. एक उत्सर्जक पंप तर दुसरा विसरण पंप. काही पंपांत हे दोन्ही किंवा अधिक टप्पे एकाच उपकरणात बसविलेले असतात. योग्य असे शीतप्रतिबंधक इ. योजना वापरल्यास १०-७ टॉरपर्यंतचा किंवा त्याहीपेक्षा थोडा जास्त निर्वात अशा योजनेमुळे मिळू शकतो.
अलीकडे विसरण पंपाऐवजी नीच तापमानी पंप (क्रायोपंप), अधिशोषण पंप अथवा आयन पंप वापरण्याकडे जास्त प्रवृत्ती आहे.
विविध निर्वात पंप, त्यांची रचना व कार्यपद्धती : निरनिराळ्या भौतिकीय तत्त्वांवर काम करणारे असे निर्वात पंपाचे अनेक प्रकार आहेत. त्यांपैकी काही महत्त्वाच्या प्रकारांचे पुढे वर्णन केले आहे. ऐतिहासिक दृष्ट्या पाहता टपलर यांचा पंप हा महत्त्वाचा आहे.
टपलर पंप : टपलर पंपाच्या रचनेत (आ. १) एक नळकांड्यासारखे पात्र (२) उभ्या फळीवर क्षितिज पातळीशी सु. ३०° चा कोन करून बसविलेले असते. या पात्राच्या वरच्या तोंडात एक केशनलिका (४) जोडलेली असते. तिचे मोकळे तोंड पाऱ्यामध्ये बुडविलेले असते. पात्राची खालील बाजू निर्वात करावयाच्या भांड्यास एका (पाऱ्यात) तरत्या झडपेद्वारे (५) जोडतात. त्याचप्रमाणे या बाजूस एक रुंद काचनलिका (३) आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे पाऱ्याने भरलेल्या चंबूच्या आकाराच्या भांड्यास (१) रबरी नळीच्या साहाय्याने जोडतात. (३) आणि (४) या दोन्ही नळ्या उदग्र (उभ्या) दिशेत प्रस्थापित केलेल्या असतात व प्रत्येकीची लांबी ७६ सेंमी. पेक्षा जास्त असते. जेव्हा पाऱ्याचे भांडे वर उचलले जाते तेव्हा पारा (३) मार्गे (२) या पात्रात शिरतो आणि त्यात असलेल्या सर्व वायूचे संकोचन केले जाते. त्यामुळे जेव्हा त्याचा दाब वातावरणीय दाबापेक्षा जास्त होतो तेव्हा तो केशनलिकेच्या द्वारे वातावरणात बाहेरढकलला जातो. या वेळी तरती झडप वर जाऊन निर्वात करावयाच्या भांड्याकडे जाणारा मार्ग बंद करते. परिणामी (२) मध्ये शिरलेला पारा किंवा संकोचन झालेला जास्त दाबाचा वायू निर्वात करावयाच्या भांड्याकडे जाऊ शकत नाही. नंतर (१) खाली घेतले जाते. झडप खाली येऊन उघडली जाते व (२) पात्रातील वायुदाब कमी झाल्यामुळे निर्वातीकरण संचामधील वायू पुन्हा त्यामध्ये जातो. (१) हे भांडे अशा रीतीने अनेक वेळा वरखाली केल्याने निर्वातीकरणाची क्रिया होत राहते. या पंपाच्या साहाय्यने १०-२ टॉर इतका निर्वात मिळू शकतो. या पंपाचा आणखी एक उपयोग म्हणजे वायू वातावरणात टाकण्याच्या ऐवजी तो दुसऱ्या भांड्यात गोळाही करता येतो. या पंपात यांत्रिक प्रयुक्तीच्या साहाय्याने (१) हे भांडे वरखाली करून पाऱ्याची आवश्यक ती हालचाल करता येते. या पंपाची निर्वातीकरण करण्याची त्वरा अगदी कमी असते. पाऱ्याचा वापर केल्यामुळे जसा निर्वात वाढतो तसे पाऱ्याचे बाष्पकण विसरण (एकमेकांत मिसळण्याच्या) क्रियेमुळे निर्वातीकरण संचाकडे जाऊन तेथील वायूचे प्रदूषण होण्याचा मोठा संभव असतो. हा परिणाम कमी करण्याकरिता (६) व निर्वातीकरण संच यांमध्ये शीतप्रतिबंधक योजना वापरतात. हा प्रतिबंधक द्रवरूप हवेमध्ये (तापमान सु.–१९६° से.) ठेवला, तर प्रदूषणाचे प्रमाण नगण्य होते.
जलझोत पंप : यात तोटीवाटे जोरात जाणारा पाण्याचा प्रवाह (१) पंपाच्या नलिकेस जोडतात (आ. २). हे पाणी पुढे (२) या आकुंचित तोंडातून वेगाने बाहेर पडते. हा प्रवाह तोंडाभोवती असलेल्या पेल्याच्या आकारात पडून बाहेर पडतो. पंपाच्या आवरणाची नलिका (४) निर्वातीकरण संचास जोडतात. पाण्याच्या प्रवाहाचा (२) या ठिकाणी मोठा वेग असल्यामुळे बेर्नुली सिद्धांताप्रमाणे [⟶ द्रायुयामिकी] तेथील दाब कमी असतो. त्यामुळे (४) मधून वायुरेणू खेचले जातात. तोंडातून येणाऱ्या वेगवान जलप्रवाहात ते पकडले जाऊन (३) या ठिकाणाहून बाहेर पडतात. या पंपाचा वापर करून लघू ते मध्यम प्रकारचा निर्वात मिळविता येतो. पाण्याच्या बाष्पकणांमुळे निर्वात संचातील वायुकणांचे प्रदूषण होण्याची शक्यता असते. रासायनिक विद्रावाचे निर्वात ऊर्ध्वपातन करण्याकरिता या पंपाचा विशेष उपयोग होतो. यापासून १५–२५ टॉर निर्वात सहज मिळतो. निर्वातीकरणाचा वेग ५०० लि./से. एवढा मिळू शकतो.
बाष्पझोत पंप : वरील तत्त्वावर आधारित अशा बाष्पझोत पंपाची रचना आ. ३ मध्ये दाखविली आहे. या पंपामध्ये पारा किंवा काही विशिष्ट तेले बाष्पीभवनाकरिता वापरतात. पाऱ्याच्या बाष्पामुळे निर्वातीकरण संचातील वायूचे प्रदूषण होण्याची जास्त शक्यता असल्यामुळे निरनिराळ्या तेलांचा उपयोग करतात. वातावरणीय तापमानाकरिता ज्यांचा बाष्पदाब कमी आहे अशी तेले या कार्याकरिता वापरण्यात येतात. त्यांपैकी काही तेलांची नावे व त्यांचा २०° से. कोष्टक तापमानाकरिता मिळणारा बाष्पदाब कोष्टक क्र. १. मध्येदिली आहेत.
कोष्टक क्र. १. काही तेले व त्यांचे बाष्पदाब
|
तेलाचे व्यापारी नाव |
बाष्पदाब (टॉर) २०° से. तापमानाकरिता |
|
ॲपिझॉन सी |
६ X १०-९ |
|
नारकॉइट १० |
१ X १०-४ |
|
सिलिकोन डीसी ७०५ |
१ X १०-१० |
|
ऑक्टाईल एस |
८ X १०-९ |
हीच तेले पुढे वर्णन केलेल्या विसरण पंपाकरिता वापरली जातात. ही तेले तापविली असता उष्णतेमुळे त्यांचे विघटन (लहान रेणूंत तुकडे होणे) होऊ नये याकरिता दुसऱ्या प्राथमिक निर्वात पंपाच्या साहाय्याने या पंपामधील दाब बऱ्याच प्रमाणात कमी केला जातो. यामुळे तेलाचा उकळबिंदू खूप प्रमाणात कमी होतो.
पंपामधील कार्यकारी द्रव (२) या भांड्यात ठेवलेला असून त्याचे विद्युत् तापक (१) याच्या साह्याने बाष्पीभवन केले जाते. (७) या नळीद्वारे प्राथमिक निर्वात पंप कार्य करतो. नळी (६) निर्वातीकरण संचाशी पंपाचा संबंध जोडते. तयार झालेले बाष्प (३) या विशिष्ट आकाराच्या नळीतून बाहेर पडल्यावर त्याचा झोत तयार होतो. या नळीच्या तोंडाचे पंपाच्या मुख्य नळीच्या पृष्ठभागापासूनचे अंतर जर वायुकण माध्य मुक्तपथाच्या (λ) प्रमाणात खूप जास्त असले, तरच झोतक्रियेद्वारे निर्वातीकरण होते असे आढळते. (३) या नळीच्या मुखामधून बाहेर पडणारे बाष्पकण मागे वर्णन केल्याप्रमाणे वायूचे कण पकडून त्यांस वेगाने पुढे ढकलत नेतात. (५) या शीतकात प्रवाही पाणी सोडलेले असते. त्यामुळे बाष्पाचे द्रवीकरण होऊन हा द्रव (४) या मार्गाने (२) कडे परत येतो. ओढून नेलेले वायुकण (७) या मार्गाने प्राथमिक पंपाकडे जातात. या प्रकारच्या पंपामुळे १०–४ टॉर इतक्या मानाचा निर्वात मिळतो. विसरण पंपाला साहाय्यक टप्पा म्हणून या पंपाचा उपयोग होतो. यांच्याकरिता प्राथमिक पंप म्हणून बहुधा परिभ्रमी तेलबंदिस्त यांत्रिक पंप वापरतात.
यांत्रिक परिभ्रमी पंप : या पंपाच्या एका प्रकारची रचना आ. ४ मध्ये दाखविली आहे.या पंपात घूर्णक (१) बाह्यावरण (२) याच्या अक्षाभोवती फिरत असला, तरी घूर्णकाचा परिभ्रमी अक्ष भिन्न असतो. यामुळे घूर्णकाची बाह्यावरणाशी होणारी इ येथील स्पर्शरेषा घूर्णकाच्या बरोबर फिरत असते. (३) या पट्टीच्या साहाय्याने बहिर्मुख (६) हे अंतर्मुखापासून सीलबंद केलेले असते. अंतर्मुख निर्वातीकरण संचाला जोडलेले असते, तर बहिर्मुख झडप व तेल स्तंभ याद्वारा वातावरणाला खुले असते. पट्टी (३)घूर्णकाच्या पृष्ठभागावर सतत घट्ट स्पर्श करील अशी व्यवस्था (७) या स्प्रिंगेच्या साहाय्याने केलेली असते. यामुळे पंपामधील अ आणि आ हे विभाग एकमेकांपासून सीलबंद असे राहतात. अ मधील वायूचा दाब आ मधील वायूच्या पेक्षा कित्येक पटींनी जास्त असल्यामुळे ही योजना आवश्यक असते. घूर्णकाच्या परिभ्रमणामध्ये आ या भागातील वायू प्रथम निर्वातीकरण संचापासून अलग केला जाऊन त्याचा सतत संकोच केला जातो. त्यामुळे त्याचा दाब सारखा वाढतो व हा दाब वातावरणीय दाबापेक्षा जास्त झाला की, तोबहिर्मुखापाशी असलेल्या झडपेतून तेल स्तंभाद्वारा वातावरणात सोडला जातो. यानंतर आ भागाचा संचाशी संबंध जोडला जातो तेव्हा त्यामधील वायुदाब संचातील वायुदाबापेक्षा कमी असल्यामुळे संचातील वायुत्यात येऊन भरतो. पंपामधील वायू व वातावरण यांचे विलगीकरण करण्याकरिता या पंपात तेलाचा उपयोग केला आहे.
यामुळे अशा पंपास तेलबंदिस्त पंप अशी संज्ञादिली जाते. अशा पंपाची निर्वातीकरणाची त्वरा ५०० लि./ से. असते‚ तर मिळणारा निर्वात साधारणपणे १०–३ टॉर या मानाचा असतो. कोणत्याही पंपाची निर्वातीकरणाची त्वरा निर्वातीकरण संचाच्या कार्यकारी दाबावर अवलंबून असते. यांत्रिक परिभ्रमी पंपामध्ये निर्वातीकरण त्वरेत कार्यकारी दाबाप्रमाणे होणारा बदल आ. ५ मध्ये दाखविला आहे. यावरून असे दिसते की,दाब मूल्य जेव्हा जास्त असते तेव्हा ही त्वरा जवळजवळ स्थिर असते. दाब जसा कमी होत जातो तशी ही त्वरा कमी होत जाते व पंपाच्या अंतिम निर्वात मर्यादेजवळ ही त्वरा शून्य होते. जास्त अंतिम निर्वात मिळविण्याकरिता असले दोन पंप एकसरीत वापरता येतात किंवा पंपाच्या रचनेतच या दोन टप्प्यांचा अंतर्भाव करता येतो. निर्वातीकरण संचातील वायूबरोबर पाण्याच्या वाफेसारखे बाष्प असेल‚ तर ते या पंपाने शोषून बाहेर टाकता येत नाही, हा या पंपाचा मोठा दोष आहे. याकरिता निर्वातीकरण संच आणि पंप यांमध्ये फॉस्फरस पेंटॉक्साइड यासारख्या पाण्याची वाफ शोषणाऱ्या द्रव्यांनी भरलेले प्रतिबंधक वापरून ही वाफ पंपात येणार नाही अशी योजना साधारणपणे केलेली असते. या पंपाला परिभ्रमी गती देण्याकरिता विद्युत् चलित्र वापरतात.
रेणवीय पंप : परिभ्रमी पंपात वायुरेणूंचे संकोचन घूर्णकाच्या विशिष्ट गतीमुळे होते. रेणवीय पंपात हे संकोचन एका वेगात फिरणाऱ्या घूर्णकापासून वायुरेणूंना होणाऱ्या संवेग (वस्तुमान X वेग याने निर्देशित होणाऱ्या राशीच्या) स्थानांतरावर अवलंबून असते. याची रचना आ. ६ मध्ये दाखविली आहे. (२) या बाह्यावरणात वेगाने फिरणाऱ्या (१) या घूर्णकाच्यामुळे ती प्रेरणा या दोघांत असलेल्या फटीतील वायुरेणूंवर येते. हा पंप वायुरेणूंचा माध्य मुक्त पथ (५) या फटीच्या रुंदीपेक्षा जेव्हा जास्त असतो तेव्हाच ती प्रेरणा कार्यान्वित होते. अशी परिस्थिती निर्माण होण्यासाठी रेणवीय पंपात प्रथमत: १०-१टॉर एवढा निर्वात प्राथमिक पंपाने तयार करावा लागतो. आता वायुरेणूंचे घूर्णक व बाह्यावरण यांवर होणारे आघात रेणूंच्या एकमेकांवर होणाऱ्या आघातांपेक्षा खूपच जास्त होत असतात म्हणून वायुरेणू घूर्णकाच्या गतीबरोबर बहिर्मुखाकडे खेचले जातात.
रेणवीय पंपात घूर्णकाचा परिभ्रमण वेग मिनिटाला १६‚००० फेरे एवढा असू शकतो. यामुळे मिळणाऱ्या अंतिम निर्वाताचे प्रमाण चांगलेअसते. वर वर्णन केलेल्या पंपात हॉल्‌ वेक यांनी सुधारणा केली. हॉल्‌ वेक पंपात परिभ्रमी घूर्णनाऐवजी परिभ्रमण गती असलेला दंडगोलाकृती घूर्णक असतो व त्याभोवती विशिष्ट आटे खोदलेले बाह्यवरण असते. आधुनिक विसरण व आयनपंपांचा शोध लागल्यामुळे रेणवीय पंप हे मागे पडले आहेत. रेणवीय पंपात चलित्र विभाग असल्यामुळे त्याची देखभाल करणे जास्त अवघड ठरते.
विसरण पंप : एक टप्प्याच्या विसरण पंपाची रचना आ.७ मध्ये दाखविली आहे. यामध्ये (१) या बाष्पित्रामध्ये (बॉयलरमध्ये) द्रव (तेल किंवा पारा) उकळला जातो. उकळबिंदू कमी करण्याकरिता पंपामध्ये साधारणपणे ०·१ टॉर इतका निर्वात प्राथमिक पंपाद्वारे केलेला असतो. (२) या नलिकेमधून वेगवानबाष्पकणांचा प्रवाह उदग्र दिशेत वाहतो. (३) या अडथळ्यामुळे त्यांच्या गतीची दिशा (बाणांनी दाखविल्याप्रमाणे) बदलली जाते. निर्वातीकरण संचामधून पंपात आलेल्या वायुकणांबरोबर द्रव बाष्पकणांचे आघात होऊन ते त्यांना आपल्याबरोबर खाली व प्राथमिक पंपाच्या (५) दिशेकडे ओढूनघेऊन जातात.
खाली पडणारे पावसाचे थेंब हवेतील धुलिकणांना ज्याप्रमाणे आपल्या बरोबर खाली घेऊनजातात त्याप्रमाणे बरीचशीही क्रिया असते. वेगात खाली येणाऱ्या बाष्पकणांची संख्या मोठी, त्यांचे वस्तुमान खूप जास्त व त्यांचा वेग उच्च असल्यामुळे खाली नेल्या जाणाऱ्या वायुकणांपैकी काही कण परत संचाकडे विसरण क्रियेने जाण्याचा संभव कमी असतो. अशा प्रतिगामी वहनाची शक्यता आणखी कमी करण्याकरिता वायुकणांच्या मार्गात (३) व (९) हे अडथळे ठेवलेले असतात. प्रवाही पाण्याचा वापर केलेला शीतक वापरून खाली येणाऱ्या बाष्पकणांचे संद्रवण (द्रवीकरण) करण्यात येते. त्यामुळे ते गुरुत्वाच्या प्रेरणेमुळेच द्रवसाठ्यात परत पडतात. या योजनेमुळे वेगवान बाष्पप्रवाह फक्त मध्यभागी असलेल्या (३) या नलिकेमधूनच मिळतो.
तीन टप्पे असणाऱ्या बाष्प विसरण पंपाची रचना आ. ८ मध्ये दाखविली आहे. या पंपाच्या प्रत्येक टप्प्याची क्रिया मागे वर्णन केल्याप्रमाणेच होते. अशा पंपाची निर्वातीकरणाची त्वरा ९०,००० लि./ से. पर्यंत (आकारमानाप्रमाणे) जाऊ शकते, तर मिळणारा अंतिम निर्वात १० –९ टॉर एवढा असू शकतो. निर्वातीकरण संचामध्ये विसरण पंपाचा सर्वांत जास्त वापर केला जातो. या पंपाकरिता प्राथमिक अथवा साहाय्यक पंप म्हणून यांत्रिक परिभ्रमी पंप वापरला जातो. विसरण पंप बहुधा धातूचा असतो परंतु काचेचा विसरण पंपसुद्धा वापरात आहे.
शोषण पंप : यामध्ये प्रशीतित केलेल्या शोषक द्रव्याच्या पृष्ठभागावर वायुकण पकडले जाऊन स्थानबद्ध केले जातात. शोषक द्रव्य म्हणून रेणवीय चाळणी वापरतात. याकरिता घन द्रव्यावर योग्य असे संस्करण करून त्यास सच्छिद्र बनविले जाते. त्यामधीलछिद्राचे आकारमान वायुकणाच्या आकारमानाएवढे असते. सक्रियित (अधिक क्रियाशील केलेल्या) कोळशाचा शोषक म्हणून उपयोग होतो. या पंपामध्ये एक टोक बंद असलेल्या काचेच्या नळीत शोषकद्रव्य ठेवलेले असते. या नळीचे दुसरे खुले टोक निर्वातकरण संचास जोडतात. ही नळी थंड करण्याकरिता तिच्याभोवती द्रवरूप नायट्रोजन वापरतात. याचे तापमान –१९५° से. एवढे असते. दुसरे वायू वापरून यापेक्षा सुद्धा कमी तापमानाचा उपयोग करण्यात आलेला आहे. साधारणपणे १ किग्रॅ. वजनाचे शोषकद्रव्य १०–१०० लि. वायू शोषून घेऊ शकते. या क्रियेमुळे मिळणारा निर्वात १०–२ ते १०-३ टॉर एवढा असतो. यामुळे इतर पंप कार्यान्वित करण्याकरिता या पंपाचा प्राथमिक पंप म्हणून उपयोग केला जातो. शोषकद्रव्याभोवतालचा थंड द्रव काढून त्यास परिसरीय तापमानास येऊ दिले, तर शोषित वायू त्यामधून परत बाहेर टाकला जातो व अशा तऱ्हेने तो वातावरणात जात नसल्यामुळे तो परत मिळविता येतो. शोषक द्रव्याची शोषणक्षमता मर्यादित असल्यामुळे हे द्रव्य वापरून सतत अमर्यादित कालापर्यंत निर्वातीकरण करता येत नाही.
नीच तापमानी पंप : या प्रकारच्या पंपामध्ये अतिशय नीच तापमानापर्यंत थंड केलेले पृष्ठभाग वापरून त्यावर वायूचे संद्रवण केले जाते. याकरिता द्रवरूपहिलीयमाचा उपयोग करतात. त्याचे तापमान ४·२° के. किंवा —२६८° से. एवढे असते. यामध्ये पृष्ठभागाला शोषक गुणधर्म असावयाची आवश्यकता नाही. याकरिता कोणताही घन पदार्थ वापरता येतो. निरनिराळ्या वायूंकरिता वरील तापमानाकरिता असलेला त्यांचा बाष्पदाब भिन्न असतो व याच बाष्पदाबाएवढा निर्वात या रीतीने मिळू शकतो. उदा., हायड्रोजन वायूकरिता ४° के. या तापमानास बाष्पदाब १०–७ टॉर या मानाचा आहे. त्यामुळे हा पंप वापरून १०-७ टॉर एवढा निर्वात हायड्रोजनाकरिता निर्माण करता येतो. या पंपात थंड केलेल्या वायूवर हवेतील उष्णता प्रारण स्वरूपात पडून त्याचे तापमान वाढावयाचा संभव असतो. त्यामुळे या पंपाची कार्यक्षमता वाढण्याकरिता याला द्रव नायट्रोजनाने थंड केलेल्याआवरणात बंदिस्त करतात. या प्रकारच्या पंपाची निर्वातीकरणाची त्वरा उच्च असते व अंतिम निर्वाताचे मूल्यही चांगले असते. रॉकेट इंजिनाची परीक्षा करण्याकरिता नीच घनतेची हवा असलेले बंदिस्त असे ⇨ वातविवर लागते. त्यामध्ये निर्वात करण्याकरिता त्या पंपाचा मुख्यतः उपयोग होतो. अशा वातविवरामध्ये ३-४ तासांत १०-९ टॉर या प्रतीचा निर्वात करता येतो.
निर्वातमापक : वर वर्णन केलेल्या पंपांच्याद्वारे मिळणाऱ्या निर्वाताचे मापनकरण्याकरिता अनेक मापक उपलब्ध आहेत [ ⟶ दाब व दाबमापन] पण या कार्याकरिता (१) पिरानी (एम्. पिरानी या शास्त्रज्ञांच्यानावावरून ओळखण्यात येणारा), (२) तपयुग्म (तांबे व लोखंड यांसारख्या दोन भिन्नविद्युत् संवाहकाच्या तारांची टोके एकत्र जोडून झालेला संधी एका तापमानास व या तारांची उरलेली दोन टोके एकत्र जोडून झालेला दुसरा संधी भिन्न तापमानाला ठेवल्यास या मंडलात विद्युत् प्रवाह निर्माण होतो, अशा रचनेस तपयुग्म म्हणतात)अथवा (३) फिलिप्स किंवा पेनींग (एफ्. एम्. पेनींग या शास्त्रज्ञांच्यानावावरून ओळखण्यात येणारा) या मापकांचा सर्वसामान्यपणे जास्त करून उपयोग केला जातो. या मापकांचीच माहिती येथे दिली आहे.
पिरानी निर्वातमापक : यात काचेच्या किंवा धातूच्या आवरणात बंदिस्त केलेले एक तारेचे सर्पिल वेटोळे असून त्यात विद्युत् प्रवाह सोडून त्याचे तापमान वाढविता येते. ज्या वायूचा निर्वात दाब काढावयाचा आहे त्यामध्ये हे ठेवले जाते. स्थिर अवस्थेमध्ये या वेटोळ्याचे तापमान (१) त्याला पुरविली जाणारी विद्युत् ऊर्जा, (२) वायु कणांचे आघात होऊन त्यामधून होणारा उष्मीय ऊर्जेचा क्षय, (३) त्याचे तापमान आवरणभिंतीपेक्षा जास्त असल्यामुळे त्यापासुन प्रारण (तरंगरूपाने ऊर्जा संक्रमित होणे) व संनयन (उष्ण वायूची जागा थंड वायूने घेऊन उष्णता संक्रमित होणे) क्रियांमुळे ऊष्मीय ऊर्जेत होणारा ऱ्हास इ. क्रियांमुळे निश्चित होते. प्रक्रिया (२) ही वायूचा दाब व त्याची ऊष्मीय संवाहकता यांवर अवलंबून असते. प्रक्रिया (३) मुळे होणारा ऱ्हास काही विशिष्ट परिस्थितीत विशेष महत्त्वाचा असत नाही. यामुळे या वेटोळ्याला एक स्थिर विद्युत् दाब लावून वेटोळ्याचे स्थिर अवस्थेतील तापमान मोजल्यास त्यावरून त्यासभोवताली असलेल्या वायूचा दाब मिळू शकतो.
प्रत्यक्ष उपकरणात (आ. ९) दोनसमसमान तप्ततार घटक वापरले जातात. त्यांपैकी प्रतिपूरक तार घटक (२) जास्तीत जास्त निर्वात (< < १० –४ टॉर) असलेल्या आवरणात कायमचा बंदिस्त करून ठेवतात. दुसरा बंदिस्त तार घटक (१) वर वर्णन केल्याप्रमाणे ज्या वायूचा दाब मोजावयाचा आहे त्यामध्ये बुडवून ठेवतात. आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे हे दोन्ही घटक एकसरीत जोडलेले असून त्यामुळे⇨ व्हीट्‌‌स्टन सेतूची एक शाखा बनते. प्रतिपूरक घटकाचा वापर केल्यामुळे वातावरणाच्या तापमानातील फरक‚ विद्युत् पुरवठा दाब यांमधील लहान मोठे बदल इ. गोष्टींचा निर्वात वाचनावर परिणाम होत नाही.
निर्वात मापनाकरिता दुसरी तार असलेल्या नलिकेत प्रथम उच्चतम निर्वात केला जातो व व्हीट्‌‌स्टन सेतू मंडलातील चल रोधकाचे मूल्य बदलून संतुलन प्रस्थापित केले जाते. या परिस्थितीत गॅल्व्हानोमीटराचे वाचन शून्य असेल. नंतर तार घटक (१) ज्या निर्वात संचातील वायूचा दाब काढावयाचा आहे त्यास जोडला जातो. या वायूच्या दाबानु सार या घटकाचे स्थिर तापमान आता निराळे मूल्य घेते. तारेचा संरोध तिच्या तापमानावर अवलंबून असल्यामुळे व्हीट्‌‌स्टन सेतूचा समतोल बिघडून गॅल्व्हानोमीटरामध्ये वाचन मिळते. त्यापासून वायूचा दाब मिळतो. या उपकरणामध्ये टंगस्टन‚ निकेल किंवा प्लॅटिनम यांची ० ·१ ते ०·००५ मिमी. व्यासाची तार वापरलेली असते. हीचे तापमान साधारणपणे १८०°– २८०° से. या मर्यादेत बदलते. हा मापक १ ते १०–४टॉर या पल्ल्यातील निर्वात मोजण्याकरिता उपयुक्त ठरतो पण याचे निरनिराळ्या वायूंकरिता पृथक्‌ इयत्तीकरण करावे लागते. (आ. १०).
तपयुग्म निर्वातमापक : यात वरील तत्त्वाचाच उपयोग केलेला आहे. यामध्ये तप्त घटकाचे तापमान त्यामुळे निर्माण झालेल्या विद्युत् चालक प्रेरणेच्या (विद्युत् मंडलात विद्युत् प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत होणाऱ्या प्रेरणेच्य) स्वरूपात मोजले जाते. या मापकाची मापन मर्यादा सर्वसाधारण १ ते १०–४ टॉर असते व तिलाही निरनिराळ्या वायूंकरिता पृथक्‌ इयत्तीकरण करावे लागते.
फिलिप्स किंवा पेनींग निर्वातमापक : हा मापक एफ्. एम्. पेनींग यांनी १९३७ मध्ये बनविला.
एका काचपात्रात चकतीच्या आकारांचे दोन संमातर ॠणाग्र आणि त्यांच्यामध्ये एक पोकळ दंडगोलाकार धनाग्र बसविलेले असते. या दोहोंच्यामध्ये सु.२‚००० व्होल्टचा वर्चोभेद (विद्युत् पातळींतील फरक) ठेवतात. दंडगोलाच्या अक्षाला समांतर चुंबकीय क्षेत्र लावलेले असते. यामधील इलेक्ट्रॉनांचा मार्ग एका ॠणाग्रापासून घनाग्राकडे जाताना चुंबकीय क्षेत्रामुळे मळसूत्राकार होतो. दुसऱ्या ॠणाग्राजवळ गेल्यानंतर त्यांच्या मार्गक्रमणाची दिशा उलट होते. अशा तऱ्हेने मळसूत्राकार मार्गाने इलेक्ट्रॉन धनाग्राच्या मागे पुढे होत राहतात. या मार्गक्रमणात वायूंच्या कणांशी त्यांच्या टकरा होण्याची संभाव्यता खूप वाढून धन आयन निर्माण होतात.धन आयनीय (विद्युत् भारित अणू‚ रेणू वा अणुगटांच्यामुळेनिर्माण झालेल्या) विद्युत् प्रवाहाच्या मापनावरून दाब काढता येतो. वरील रचनेमुळे इलेक्ट्रॉनांच्या मार्गांची लांबी वाढल्यामुळे त्यांच्या टकरांची शक्यता वाढते व म्हणून अतीनीच दाब असतानाही वायुकणांचे आयनीकरण होऊ शकते. यांच्या साह्याने १०-३टॉर ते १०-६पर्यंतचानिर्वात मोजता येतो.
उच्च निर्वात पंप : उच्च निर्वाताकरिता जे आधुनिक पंप वापरात आहेत, त्यांमध्ये निर्वातीकरण क्रियेबरोबरच निर्माण झालेल्या निर्वाताचे मापनही पंपातील घटकाच्या साहाय्याने करता येते.
आयन आघातजन्य उत्सर्जन पंप : निर्वातात विद्युत् विसर्जन केले असता ॠणाग्राकडेवेगवान धन आयन येऊन त्यावर आघात करतात. या आघातामुळे ॠणाग्राच्या पृष्ठभागावरील धातवीय अणूंचे अवकाशात उत्सर्जन होते. या अाविष्काराचा उपयोग या पंपात केलेला आहे. या पंपाची रचना आ.१२ मध्ये स्थूलपणे दाखविली आहे. यामध्ये टिटॅनियम धातूचे दोन पत्रे ॠणाग्र म्हणून वापरलेले असतात. यांच्या मध्यभागी निष्कलंक पोलादाची धनाग्रे ठेवलेली असतात. यातील प्रत्येक धनाग्र घटक झाकण व तळ काढूनटाकलेल्या चौकोनी पेटीच्या आकाराचा असतो. हे सर्व घटक एकमेकांशी घट्टपणेजोडलेले असतात. ज्या निर्वात संचात निर्वात करावयाचा असतो त्याच्याशी हा पंप नळीच्या साहाय्याने जोडला असल्यामुळे संचातील वायू पंपात येऊन पसरतो. धनाग्राला साधारणपणे ७ किलोव्होल्ट विद्युत् वर्चस् दिलेले असते‚ तर ॠणाग्र भूसंपर्कित ठेवलेले असते. त्यामुळे पंपात शीत ॠणाग्र वायू विसर्जन मिळते. हे विसर्जन सुलभ रीतीने व्हावे याकरिता पंपावर आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे चुंबकीय क्षेत्र (सु. १५०० ओर्स्टेड) लावलेले असते. या क्षेत्रामुळे विसर्जन अवकाशात निर्माण होणाऱ्याइलेक्ट्रॉनांची वायुकणांशी आघात करून नवे आयन निर्माण करण्याची क्षमता वाढते. कारण या क्षेत्रामुळे इलेक्ट्रॉन धनाग्र पोकळीच्या आसपासच आंदोलने करतात. या प्रदेशात निर्माण झालेले धन आयन दोन्ही बाजूंच्या ॠणाग्रांवर आदळून त्यापासून टिटॅनियम अणूंचे उत्सर्जन होते. काही उत्सर्जित अणू विसरण क्रियेमुळे परत ऋणाग्रावर येऊन निक्षेपित होतात (साचतात), तर काही धनाग्राच्या पृष्ठभागावर निक्षेपित होतात. निरनिराळ्या वायूंकरिता पंपाच्या क्रियेत थोडाफार फरक असतो. नायट्रोजन, ऑक्सिजन, कार्बन डाय-ऑक्साइड यांसारख्या वायूंच्या रेणूंचा विसरित टिटॅनियम अणूंबरोबर रासायनिक संयोग होऊन अवकाशामधून नाहीसे होतात. हायड्रोजन, हीलियम इ. हलके वायुकण ॠणाग्रावर वेगाने आदळल्यामुळे ते पृष्ठभागाच्या आत भेदून जातात व त्यावर विसरित टिटॅनियम पडल्यामुळे ते त्याखाली गाडले जातात. आर्‌‌गॉनासारख्याअक्रिय (सहजासहजी रासायनिक संयोग न होणाऱ्या) वायुअणूंच्या बाबतीत विसरित टिटॅनियम पडल्यामुळे ते ॠणाग्रावर फक्त गाडले जातात.
अशा वायूचे निर्वातीकरण करण्याच्या क्रियेमध्ये काही परिस्थितीत ऑर्‌गॉनअस्थिरता नावाची विकृती निर्माण होते. या विकृतीमध्ये ऑर्‌गॉनवायुकणांचा साठा पंपात वाढून त्यांमध्ये अकस्मात वायुदाब वाढतो (आ. १३). योग्य उपाययोजना करून हा परिणाम घडून येणार नाही अशी काळजी घेता येते. हा पंप १० –२ ते १०–११ टॉर एवढ्या दाबमर्यादेत उपयुक्त ठरतो. याची त्वरा १ ते ७,००० लि./से. एवढी असते. या पंपाकरिता शीत प्रतिबंधकाची आवश्यकता असत नाही. उभ्या, आडव्या इ. कोणत्याही स्थितीत याचा उपयोग करता येतो. याचे कार्यकारी आयुष्य बरेच मोठे असते. याशिवाय आणखी एक महत्त्वाचा फायदा हा आहे की, यामधील वायुदाब पंपामधील धन आयन विद्युत् प्रवाह मोजून काढता येतो. हे मापन १०–४ ते १०–८टॉर या मर्यादेत विशेष अचूक असते.
आयन (शोषक) पंप व निर्वातमापक : (आ. १४). या पंपामध्ये (१) या तप्ततंतू ॠणाग्रापासून उत्सर्जित होणारे इलेक्ट्रॉन ॠणाग्र व जालकाग्र (२) यांमध्ये लावलेल्या विद्युत् वर्चसामुळे (४) प्रवेगित केले जातात. उदासीन (विद्युत् भारित नसलेल्या) वायुकणांवर आघात करून त्यांचे आयनीकरण करण्याची क्षमता इलेक्ट्रॉनांना येते. जालकाग्र व धन आयन संकलक (३ अ) यांमध्ये इलेक्ट्रॉनांना प्रतिप्रवेगी विद्युत् वर्चस् लावलेले असते. यामुळे कोणताही इलेक्ट्रॉन संकलकापर्यंत पोहोचू शकत नाही. परिणामी इलेक्ट्रॉन जालकाग्राच्या आसपास आंदोलने करतात. (२) व (३) यांच्या दरम्यानच्या अवकाशात इलेक्ट्रॉन आघातांद्वारे वायू चे आयनीकरण करून इलेक्ट्रॉन व धन आयन यांच्या जोड्या निर्माण करतात. निर्माण झालेले इलेक्ट्रॉन परत जालकाग्राकडे आकर्षित केले जातात. त्याबरोबरच निर्माण झालेले धन आयन संकलकाकडे ओढले जातात. (७) या धन आयन विद्युत् प्रवाहमापकात मिळणाऱ्या प्रवाहाच्या मूल्यावरून संचातील वायूचा दाब मिळतो. संकलकावर आदळणारे धन आयन त्याच्या पृष्ठभागा चे भेदन करून आत घुसतात आणि तेथेच त्यांचे अधिशोषण होते. ही क्रिया बरीचशी आयन आघातजन्य उत्सर्जन पंपाप्रमाणेच असते. विसरण पंपामध्ये निर्वातीकरण संचामधील वायुकण संचाच्या बाहेर ओढून नेले जातात, तर आयन पंपामध्ये त्यांना संचामध्येच जखडून ठेवले जाते. त्यामुळे अधिशोषण पृष्ठभाग काही काळानंतर संपृक्त(जास्तीत जास्त अधिशोषण झालेल्या) अवस्थेत जाऊन हा पंप अकार्यक्षम होऊ शकतो. या पंपाची निर्वातक्षमता त्यामुळे मर्यादितहोते.
वरील पंपाच्याच एका प्रकारास शोषी निर्वातक पंप असे म्हणतात. शोषण क्रियेकरिता टिटॅनियम, बेरियम यांसारखी शोषी द्रव्ये वापरतात. या द्रव्यांचे तापमानसाधारणपणे २,०००° से. पर्यंत वाढवून त्याचे बाष्पीभवन केले जाते. हे बाष्प पंपाच्या शीत अवस्थेत ठेवलेल्या अंतर्भिंतीवर पडून तीवर एक पातळ पटल तयार होते. शोषी द्रव्याचे रेणू पंपामधील वायूबरोबर पटल निर्माण होण्याच्या आधी रासायनिक विक्रिया करून त्याबरोबर कमी बाष्पदाब असलेली स्थिर संयुगे बनवितात. प्रत्यक्षात या संयुगाचेच अंतर्भिंतीवर पटल तयार होते. रासायनिक विक्रियेद्वारे अक्रिय वायूचे कण पंपातील अवकाशातून काढून घेतले जात नाहीत. या वायूच्या कणांचे आयनीकरण करून ते विद्युत् वर्चस् लावून शोषी द्रव्याच्या पटलाच्या आत ढकलले जातात. त्यावर शोषी द्रव्याचे आणखी कण पडले असता ते त्यामध्ये गाडले जातात. या पंपातील क्रिया आधी वर्णन केलेल्या पंपातील क्रियेसारख्याच असतात, हे वरील विवेचनावरून कळून येईल.
बायर्ड-ऑलपर्ट पंप व मापक : (आर्. टी. बायर्ड व डी. ऑलपर्ट यांच्या नावांवरून ओळखण्यात येणारा). १९४७ सालापर्यंत निर्वात पंपाच्या रचनेत सुधारणा होऊन अधिक कार्यक्षम असे पंप तयार केले गेले. संचाला लागणाऱ्या इतर तंत्रात सुद्धा खूप प्रगती झाली. संचामध्ये विलगीकरणकरण्याकरिता लागणाऱ्या झडपा, तोट्यायांच्या रचनेत सुधारणा होऊन त्यांमधून जी बाहेरील हवा सूक्ष्म प्रमाणात संचात झिरपावयाची ती जवळजवळ नगण्य करण्यात यश आले. यामुळे पूर्वी जेवढा निर्वात मिळत होता त्याची अंतिम मर्यादा १०–८ टॉर पर्यंत येऊन पोचली पण यापेक्षा जास्त उच्च निर्वात मिळवावयाचे सर्व प्रयत्न निष्फळ झाले. डब्ल्यू . बी. नॉटिंगहॅम यांनी या प्रश्नाचा सांगोपांग विचार करून अशी कल्पना मांडली की १०–८ टॉरच्या पेक्षा उच्च निर्वात दाबमापक पद्धतीमधील सदोष रचनेमुळे मिळत नव्हता. त्यांच्या मते आयन पंप व दाबमापकामधील प्रवेगित इलेक्ट्रॉन जेव्हा जालकाग्रावर आदळतात तेव्हा त्यापासून क्ष-किरणांचे उत्सर्जन होते. हे क्ष-किरण संकलकावर पडल्यामुळे त्यापासून प्रकाशविद्युत् परिणामामुळे [⟶ प्रकाशविद्युत्] इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. वरील इलेक्ट्रॉन जालकाग्रावरील धन विद्युत् वर्चसामुळे त्याकडे आकर्षित होतात. जो विद्युत् प्रवाह मिळतो त्यामुळे वायूचा दाब १०-८ टॉर आहे असा आभास होतो.
बायर्ड – ऑलपर्ट पंप व निर्वातमापकामध्ये हा परिणाम कमी करण्याकरिता तप्ततंतू जालकाग्र व संकलक यांच्या बाहेर बसविलेला असतो (आ.१५). प्रकाशविद्युत् परिणामाद्वारे होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन कमी करण्याकरिता ह्यामधील तीन अग्रांची स्थाने फिरविली आहेत. संकलकाचे क्षेत्रफळ कमी करण्याकरिता तो एका पातळ तारेच्या स्वरूपात आहे. जालकाग्र व ऋणाग्र यांमध्ये सर्वसामान्यपणे +१५० व्होल्ट एवढे वर्चस् असते, तर संकलकावर –४५ व्होल्ट एवढे वर्चस् असते.पंपाच्या ऋणाग्र व जालकाग्र यांमध्ये वायुकणांचे इलेक्ट्रॉन आघातामुळे आयनीकरण होते व त्यात निर्माण झालेल्या आयन जोड्यांपैकी इलेक्ट्रॉन जालकाग्रामध्येशोषले जातात‚ तर धन आयन संकलकाकडे लोटले जाऊन ते त्यामध्ये स्थानबंधित होतात. निरनिराळ्या वायूंच्या कणांचे स्थानबंधनआयन पंपाकरिता वर्णन केलेल्या भिन्न प्रक्रियांनुसार होते. हे वायु कण अवकाशातून काढून घेतले जाऊन ते संकलकावर बंदिस्त केले जातात. या सुधारित पंपाच्या साहाय्याने १०–१० टॉर एवढा निर्वात मिळू शकला. इतका उच्च निर्वात संचामध्ये निर्माण केला असता‚ संचाच्या धातूच्या बाह्यआवरण भिंतीमधून वातावरणात असलेल्या हीलियम वायुअणूंचे विसरण होऊ लागते‚ हे बायर्ड व ऑलपर्ट यांनी प्रयोगाने दाखविले. हीलियम विसरणविरोधी योजना वापरल्यास निर्वात १०-१२ टॉरपर्यंत नेता येतो असेही त्यांनी सिद्धकेले. यानंतर बायर्ड-ऑलपर्ट पंपात पी. ए. रेडहेड इ. शास्त्रज्ञांनी आणखी सुधारणा ही मर्यादा १०-१२ टॉरपर्यंत नेलीआहे. अशा उच्चनिर्वातामध्ये काय परिस्थिती असते याची कल्पना कोष्टक क्र. २ वरून येईल.
ऑर्बिट्रॉन अथवा अरीय विद्युत् क्षेत्र पंप : मागील पंपात वापरलेली काही तत्त्वे या पंपात उपयोगात आणली
कोष्टक क्र. २. उच्च निर्वात व त्याचे काही गुणधर्म
|
वायुदाब (टॉर) |
७६० |
१०-३ |
१०-८ |
१०-१२ |
|
रेणूसंख्या प्रती घ. सेंमी. |
२ X १०१९ |
३ X १०१३ |
३ X १०८ |
३ X १०४ |
|
माध्य मुक्त पथलांबी सेंमी. |
६·५ X १०-६ |
५ |
५ X १०५ |
५ X १०९ |
|
भिंतीच्या प्रती चौ. सेंमी. प्रती सेकंद आदळणाऱ्या रेणूंची संख्या |
३ X १०२३ |
४ X १०१७ |
४ X १०१२ |
४ X १०८ |
आहेतच पण त्याशिवाय यात इतर काही नवीन तत्त्वांचासुद्धा उपयोग केलाअसल्यामुळे हा पंप पुढील प्रगतीच्या दृष्टीने महत्त्वाचा ठरेल असे वाटते. या पंपाची मूळ कल्पना डी. गॅबर यांनी प्रथम १९५९ साली वापरली‚ तर आर्. जी. हर्ब आदी शास्त्रज्ञांनी त्याच्यात सुधारणा करून १९६४ मध्ये पंप बनविला. या पंपाचे (आ. १६) व धातूचे भूसंपर्कित आवरण (१) ऋणाग्र म्हणून कार्य करते. पंपाच्या मध्यभागी एक टंगस्टनाची सळई (३) असून तिच्या मध्यभागी टिटॅनियमाचा दंडगोल (४) जोडलेला असतो. टंगस्टनाच्या सळईला कित्येक हजार व्होल्ट मूल्याचे धन विद्युत् वर्चस् दिलेले असते. (२) या तप्ततंतूपासून इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते. या तप्ततंतूंना + २५० व्होल्टएवढे विद्युत् वर्चस् दिलेले असल्यामुळे त्यापासून निघणारे इलेक्ट्रॉन पंपाच्या आवरणाकडे जाऊ शकत नाहीत. उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनांनी सरळ धनाग्राकडे जाऊ नये याकरिता या दोहोंमध्ये योग्य अशा परिरक्षकांची योजनाकेलेली असते (हे परिरक्षक आकृतीत दाखविलेले नाहीत).
पंपाचे आवरण व धनाग्र यांमध्ये इलेक्ट्रॉनां ना प्रवेगित करणारे असे विद्युत् क्षेत्र आहे. त्यामुळे इलेक्ट्रॉन वाढत्या वेगाने धनाग्राकडे जातात पण त्यांच्या निरूढीमुळे (जडत्वामुळे) बहुसंख्य इलेक्ट्रॉन धनाग्रावर प्रत्यक्ष न आदळता (धनाग्रांचे क्षेत्रफळ कमी असल्यामुळे) त्याजवळून जाऊन त्याच्यापुढे जातात. अशा रीतीने जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांकरिता धनाग्र व ऋणाग्र यांमधील विद्युत् वर्चस् प्रतिप्रवेगी होते. त्यामुळे इलेक्ट्रॉनांचा वेग कमी होत जाऊन त्यांची गती शून्य होते. विद्युत् क्षेत्रामुळे ते यानंतर प्रवेगित होऊन उलट्या दिशेने वाढत्या वेगाने धनाग्राकडे येऊ लागतात. या क्रिया परत परत घडत गेल्यामुळे इलेक्ट्रॉन धनाग्राभोवती भ्रमण करीत हळूहळू वर सरकत जातात. तप्ततंतू, पंपाचे आवरण व धनाग्र यांचा आकार‚ स्थाने व त्यावर दिलेले विद्युत् वर्चस् यामुळे ही वर जाण्याची गती इलेक्ट्रॉनांना मिळते. हे इलेक्ट्रॉन टिटॅनियम दंडगोलाकार आदळून त्याचे तापमान स्थानिक बिंदूवर वाढवून तेथून टिटॅनियम अणूंचे बाष्पीभवन करतात. हे अणू विसरण क्रियेमुळे ऋणाग्राकडे जातात व त्यावर त्यांचे अधिशोषण होते. मागील पंपाप्रमाणेच नायट्रोजन‚ ऑक्सिजन यांसारख्या वायूंच्या क्रियाशील कणांची रासायनिक विक्रिया होऊन ते अवकाशातून काढले जातात. आर्‌गॉनासारखे अक्रिया वायू टिटॅनियमच्या कणांखाली गाडले जातात. हायड्रोजन व हीलियम यांसारख्या हलक्या वायूकणांचे आयनीकरण होऊन ते ऋणाग्राच्या आत खोल ढकलले जातात किंवा ते टिटॅनियम अणूंच्या खाली गाडले जातात. आयन आघातजन्य उत्सर्जन पंपामध्ये उपलब्ध असलेल्या इलेक्ट्रॉनांची संख्या वायुदाबावर अवलंबून असते. चुंबकीय क्षेत्र असल्यामुळे इलेक्ट्रॉनांची कार्यकारी पथलांबी जास्त असते. ऑर्बिट्रॉनामध्ये इलेक्ट्रॉनांची संख्या वायुदाबावर अवलंबून असते व त्यांचीकार्यकारी पथलांबी पण कमीअसते.या दोन्ही गोष्टी लक्षात ठेवण्याजोगत्या आहेत. या पंपाचे कार्यक्षेत्र १०–४ ते १०-११ टॉर ऐवढे असते.
निर्वात पूरक (पॅकिंग) तंत्रे : निर्वातीकरण संचातील निरनिराळे विभाग एकमेकांशी जोडण्याकरिता काचेच्या किंवा धातूंच्या नलिका वापरतात. या नलिकेची लांबी व व्यास यांमुळे निर्वातीकरणाची त्वरा निश्चित होते,याचा उल्लेख मागे आलाच आहे. काचनलिका व धातू यांमध्ये निर्वातबंद जोड करण्याकरिता विशिष्ट प्रकारची श्रेणीयुक्त सीले उपलब्ध आहेत. सर्व धातु कामाचे पृष्ठभाग (विशेषतः ओतीव) निकेलाने विद्युत् विलेपित केलेले असतात. त्यामुळे वातावरणातील वायूंचे त्याच्या पृष्ठभागातून विसरण क्रियेने क्षरण होण्याची शक्यता कमी होते. संचातील निरनिराळ्या विभागांचे एकमेकांपासून अलगीकरण करणे अथवा एकमेकांबरोबर जोडणे या क्रिया करण्याकरिता उच्च प्रतीच्या तोट्या वापरल्या जातात. या तोट्यांकरिता घट्ट ग्रीज वापरले जाते. त्यांमधून क्षरण होऊ नये याकरिता काही वेळा या तोट्यांचे जोड पाऱ्याने सीलबंद केले जातात. निर्वात उच्च प्रतीचा अपेक्षित असल्यास संचाचे सर्व भाग धातूचे करणे इष्ट ठरते. कारण अशा संचाला उच्च सु. ४५०° से. पर्यंत तापवून त्यामधील अधिशोषित वायू बाहेर काढणे आवश्यक असते. अशा परिस्थितीत तोट्याही धातूच्याच केल्या जातात. याकरिता वापरण्यात येणारी प्रातिनिधिक योजना (आ. १७) मध्ये दाखविली आहेत. यामध्ये (१) ही धातूची दांडी असून वातावरणातील टोक फिरवून ती निर्वात अवकाशात पुढे मागे करता येते. दांडी व तिच्या भोवतालचे आवरण (९) यांमध्ये निर्वातबंद सील करण्याकरिता निओप्रेन रबराची पूरक व्यवस्था केलेली असते. दांडी पुरेशी पुढे ढकलेली असता ती बैठक चकतीवर (५) जाऊन घट्ट बसते. बैठक चकती व दांडीवर बसविलेली पट्टिका (४) यांमधील संस्पर्श निर्वातबंद करण्याकरिता बैठकीवर रबराचे O — आकाराचे कडे अथवा गॅसकेट ठेवलेले असते. छत्रीच्याकाड्या बंद करण्याकरिता तिच्या मुठीशी काही वेळा एक रबराचे कडे वापरतात तशाच तऱ्हेचे हे रबरी O — आकाराचे कडे असते. संस्पर्श घट्ट होण्याकरिता रबराच्या कड्याला घट्ट ग्रीज अल्प प्रमाणात लावलेले असते. निर्वाताकरिता वापरण्यास योग्य अशी खास तऱ्हेची ग्रिजे उपलब्ध आहेत.याकरिता ॲपिझॉन व सिलिकोन ग्रिजे विशेष वापरात आहेत. अतिउच्च निर्वाताकरिता रबराच्या O — कड्याऐवजी ॲल्युमिनियम किंवा सोन्याची तार वापरतात. ज्या दोन सपाट धातु-पट्टिकांमध्ये या वापरल्या जातात त्यांवर सतत खूप दाब राहील अशी मात्र व्यवस्था करावी लागते.
मागे उल्लेख केल्याप्रमाणे विसरण पंप निर्वातीकरण यांमध्ये द्रव नायट्रोजनाने थंड केलेले प्रतिबंधक वापरतात. विसरण पंपातील तेलबाष्प निर्वातीकरण संचाकडे विसरित होऊन त्यामुळे तेथील वायूचे प्रदूषण होऊ नये हा यामागे उद्देश असतो. याच कार्याकरिता विसरण पंपामध्ये अडथळे ठेवलेले असतात. ज्यामध्ये थंड पाणी वाहत आहे अशा नळ्यांच्या साहाय्याने हे अडथळे थंड ठेवलेले असतात.विसरण पंप व साहाय्यक प्राथमिक पंप यांमध्ये जलबाष्प शोषण करू शकेल असा प्रतिबंधक ठेवण्याची पद्धत आहे.
क्षरणशोधन : निर्वातीकरण संचाचीजोडणी झाल्यावर त्यामध्ये काही ठिकाणी दोष राहून त्यातून बाहेरील हवा संचात क्षरण पावण्याची शक्यता असते. याकरिता क्षरणशोधकवापरतात. या कार्याकरिता सरल रचनेचा द्रवमान वर्णपटमापक [ ⟶ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान] वापरण्याची प्रथा आहे. हा वर्णपटमापक हीलियम वायूच्या अभिज्ञानाकरिताच (अस्तित्व ओळखण्याकरिताच) योग्य असा केला जातो. निर्वातीकरण संचाच्या ज्या भागापासून क्षरण होत असल्याची शंका असेल त्याठिकाणी हीलियम वायू सोडला जातो. संचाला जोडलेल्या द्रव्यमान वर्णपटमापकाच्या साहाय्याने त्याचे अभिज्ञान केले जाते. ही रीत इतकी संवेदनशील आहे की, एक लिटर घनफळाच्या निर्वात केलेल्या कोषातील निर्वात नष्ट होण्यास ज्याकरिता लाखो वर्षे लागतील एवढ्या सूक्ष्म क्षरणाचे यामुळे ताबडतोब अभिज्ञान करता येते. याशिवाय विविध प्रकारचे निर्वातमापक व इतर काही पद्धती क्षरण शोधनासाठी वापरतात.
संदर्भ : 1. Barrington, A. E. High Vacuum Engineering, Englewood Cliffs, N. J., 1963.
2. Brunner, W. F. Batzer, T.H. Practical Vacuum Techniques, New York, 1965.
3. Dennis, N.T. M. Heppel, T.A. Vacuum System Design, London, 1968.
4. Pirani, M. Yarwood, J. Principles of Vacuum Engineering, London, 1961.
5. Steinherz, H. A. Redhead, P.A. Ultrahigh vacuum, Scientific American, March, 1962.
6. Yarwood, J. High Vacuum, London, 1948.
कानिटकर, पु. ल. चिपळोणकर, व. त्रिं.
“