Montage sous vide

Les phénomènes de diffusion participent fortement à la déformation du spectre mesuré. Par conséquent, il est primordial de les limiter autant que possible. Afin de réduire au maximum les interactions des électrons avec les molécules d’air, nous avons décidé de placer le détecteur

et la source sous un vide secondaire, c’est-à-dire inférieur à 10−₃

mbar. Lorsque le détecteur est refroidi, la vapeur d’eau contenue dans l’air peut venir se condenser sur le point froid et former une zone morte supplémentaire. Dans ce cas, il devient d’autant plus important d’atteindre une très bonne qualité de vide. Nous nous sommes donc fixés comme objectif d’atteindre l’ultravide

(10−₇

à 10−₁₀

mbar). La pompe, les vannes tiroirs ainsi que le type de brides utilisées dans le montage ont été choisis en conséquence.

Groupe de pompage, vannes tiroirs et raccords pour le vide

Un groupe de pompage Drytel 1025 de chez Adixen, posé sur un tapis anti-vibration, est utilisé pour faire le vide dans le dispositif. Un flexible souple (tombac) d’environ 1 m permet d’éloigner la pompe du reste du montage. Le tombac est connecté à un soufflet, visible tout à fait à gauche de l’image (3.5), qui isole un peu plus le dispositif des vibrations de la pompe.

Le pompage primaire, effectué par une pompe sèche à membrane, permet d’évacuer l’air de

l’enceinte jusqu’à environ 1 Pa (10−₂

mbar). Ensuite, une pompe turbo-moléculaire, la pompe secondaire, prend le relais pour atteindre le domaine du vide poussé puis de l’ultravide. À ces pressions, l’état du gaz est raréfié et son régime d’écoulement est moléculaire : c’est le domaine du vide moléculaire.

Les vannes tiroirs utilisées ont été conçues pour des applications ultravide. Elles permettent de réguler le flux d’air en ouvrant, fermant ou obstruant un passage. Une vanne tiroir se com- pose d’un actionneur, d’une porte et du corps de la vanne (figure (3.6)). Lorsque la porte est complètement ouverte toute la section est libre permettant le passage des gaz ou du porte- source. Dans notre dispositif, les actionneurs sont manuels.

Il existe plusieurs types de brides pour raccorder les différents composants du montage : — Composants à bride KF. Chaque embout de tubulure se raccorde par l’intermédiaire

d’un anneau de centrage portant le joint d’étanchéité. L’assemblage est maintenu par le collier de serrage qui agit sur les embouts.

— Composants à bride à griffes ISO KF. Les embouts sont raccordés par l’intermé- diaire d’un anneau de centrage et d’un joint d’étanchéité. L’ensemble est maintenu par

des boulons à griffes. L’étanchéité est de haute qualité, le vide allant jusqu’à 10−₇

mbar. — Composants à bride à couteau CF. L’étanchéité des raccords est obtenue par l’in- terposition d’un joint plat en cuivre entre les couteaux des 2 brides de type CF (voir

figure (3.6)). Ce principe assure une étanchéité permettant un vide jusqu’à 10−₁₃

mbar. Pour l’ultravide, les brides ISO KF et CF sont fortement recommandées. Étant donné que le montage n’avait pas à être démonté et que nous voulions atteindre le meilleur vide possible, les brides CF étaient le choix le plus pertinent. Seuls les raccords avec la pompe et ceux des brides de la chambre de détection sont de type KF.

Enfin, pour faciliter le pompage dans l’ensemble du dispositif, nous avons choisi des raccords avec une section de 40 mm de diamètre sur l’ensemble du dispositif.

Figure 3.6 – À gauche, photo d’une vanne tiroir. À droite, schéma illustrant une bride de

Mesure du vide

Pour contrôler les pressions à l’intérieur du montage, des jauges à vide Wide Range sont utilisées. Elles sont capables de couvrir un domaine de pression allant de la pression ambiante

jusqu’à 10−₉

mbar. La première, un modèle Edwards WRG-S-NW25, mesure la pression de la chambre de détection. La seconde, un modèle Televac CC-10-C40, est placée au niveau du sas où a lieu le changement de la source. Les deux modèles fonctionnent sur une technologie hybride couplant deux modules.

La jauge WRG combine une jauge Pirani et une jauge à cathode froide magnétron inverse. La jauge Pirani évalue indirectement la pression en mesurant la dissipation thermique d’un filament chauffant dans un gaz. Le transfert thermique par conduction est proportionnel à la concentration du gaz dans l’enceinte et donc à la pression. Lorsque la pression est inférieure

à 5·10−₂

mbar, le libre parcours moyen des molécules de gaz est grand devant le diamètre du filament. Les pertes d’énergie par conduction sont alors négligeables et il devient difficile de mesurer la pression par cette méthode.

Dans le domaine du vide secondaire (10−₃

– 10−₇

mbar), la jauge magnétron inverse prend le relais. La mesure de la pression est déduite du courant ionique produit par une décharge dans un champ électrique et en présence d’un champ magnétique. Le mécanisme de la décharge est le suivant : les ions et les électrons soumis d’une part à l’action du champ électrique dont le signe s’inverse dans le plan de l’anode, d’autre part à celle du champ magnétique, décrivent des hélices d’axe parallèle au champ magnétique. Les ions et les électrons parcourent ainsi un trajet relativement long avant leur capture par les électrodes et peuvent ioniser un grand nombre de molécules. Le nombre de molécules ionisées, donc le courant, est proportionnel au nombre de molécules, donc à la pression.

La jauge Televac CC-10-C40 est également composée d’un magnétron inverse mais la jauge primaire repose sur un principe différent. Il s’agit d’un oscillateur à quartz. La pression mé- canique exercée par les molécules de gaz sur la surface du matériau piézoélectrique crée des charges qu’il est possible de mesurer électriquement. Le signal électrique est ensuite converti en unité de pression.