Fyzika a technika vakua (FSI-TTV)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kursu je zprostředkování základního vhledu do fyziky vakua tak, aby byl student schopen po absolvování kursu samostatně navrhovat jednoduché vakuové systémy a pracovat samostatně s jednoduchými technologickými aparaturami využívajících k výrobě tenkých vrstev různé stupně vakua.
Výstupy studia a kompetence:
Student by měl být po absolvování kursu schopen navrhnout a spočítat jednoduchou UHV soustavu (rychlost čerpání, odplyňování stěn komory, volba materiálů a těsnění apod. vzhledem k zamýšlenému použití aparatury). Měl by též sám být schopen vyhledání netěsností vakuových aparatur a aktivního osvojení základních technologií, které využívají k přípravě tenkých vrstev vakuových systémů.
Prerekvizity:
Znalost mechaniky a molekulové fyziky na úrovni učebnice HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J. Fyzika, VUTIUM Brno 2001.Předpokládá se rovněž znalost základů diferenciálního a integrálního počtu.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět je věnován problematice fyzikálních procesů ve vakuu, měření vakua, technice získávání vakua, materiálům vhodným pro konstrukci vakuových systémů a základním stavebním komponentům vakuových systémů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zkouška je písemná a ústní.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  10 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  3 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Vakuum. Definice a klasifikace vakua. Klíčové pojmy. Historický vývoj. Význam a využití. Literární zdroje.
Kinetická teorie plynů. Základní vlastnosti plynů. Maxwellovo rozdělení rychlostí molekul. Tlak plynu. Střední volná dráha.
Zákony kinetické teorie plynů. Fyzikální procesy probíhající ve vakuových systémech. Efúze, difúze, přenos tepla a impulsu.
Proudění plynu. Adsorpce a desorpce. Rozpouštění a pronikání. Vypařování a kondenzace.
Ionizace plynu. Interakce elektronů a iontů s pevným povrchem.
Metody získávání vakua. Čerpací rychlost. Čerpání vakuového systému.
Rotační a sorpční vývěvy. Difúzní vývěvy. Turbomolekulární vývěvy. Iontové vývěvy. Kryogenní vývěvy.
Měření vakua. Absolutní a nepřímé měřicí metody. Vakuometr McLeodův, membránový a s rotující kuličkou. Piraniho, Penningův a ionizační vakuometr. Kvadrupólový spektrometr.
Ultravakuové systémy. Komponenty vakuových aparatur. Materiály pro vakuové aparatury.
Ventily a kohouty. Příruby a těsnění. Elektrické průchodky. Přenos pohybu do vakua. Vakuové aparatury.
Výpočet vakuového systému.
Návrh vakuové aparatury. Hledání netěsností. Odplyňování.
Praktické poznámky: Exkurze do laboratoře povrchů a tenkých vrstev, místnost 518, bud. A2, ÚFI FSI VUT Brno - využití vakua ve vědě a průmyslu.
    Cvičení Příklady počítané ve cvičení budou vycházet z potřeb přednášek (viz např. doporučená literatura pro studenty Lukáč, P.: Sbierka príkladov z vákuovej fyziky.)
    Cvičení s počítačovou podporou Viz osnova cvičení základní.
Literatura - základní:
1. Weissler, G. L. - Carlsson, R. W.: Vacuum Physics and Technology
2. Groszkowski, J.: Fyzika a technika vakua
3. Roth, A.: Vacum Technology
Literatura - doporučená:
1. Pátý, L.: Fyzika nízkých tlaků
2. Lukáč, P.: Netesnosti vákuových systémov
3. Lukáč, P.: Sbierka príkladov z vákuovej fyziky
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 3 Povinný 1 3 Z