'컨덕턴스'는 진공시스템에서 기체의 이동과 관련된 용어입니다. 개구부나 배관을 통해 얼마만큼의 기체를 주어진 시간 내에 통과시킬 수 있는 능력을 말하는 것입니다. 단위로는 liter per second (초당 리터), cubic feet per minute (CFM), 또는 cubic meters per hour (시간당 입방미터 - 루베)로 표현합니다.
분자유동(molecular flow)에서는 기체입자가 직진으로 거의 움직이기 때문에 컨덕턴스 경로가 넓고 짧은게 좋습니다. 반면에 점성유동(viscous flow)에서는 컨덕턴스가 이럴 필요가 없습니다. 압력차에 의해 기체 입자가 서로 밀어내기 때문입니다.
분자유동 범위에서 1 in.² 직경의 개구부는 75liter/sec 컨덕턴스 능력을 갖습니다. 이럴 경우, 초당 400리터의 배기 성능을 갖는 펌프를 사용한다 해도, 이러한 개구부를 갖는 챔버에서는 초당 75리터 밖에 배기를 못합니다. 시스템의 진공배기 성능을 향상시키기 위해서는 배기능력 컨덕턱스가 좋아져야 합니다. 그러기 위해선 개구부가 커져야 합니다. 분자유동 상태에서는 분자가 펌프로 들어와야 펌프의 역할을 할 수 있습니다.
점성유동에서의 Conductance
단위 시간당 배관을 통해 흘러보낼 수 있는 기체 체적은 배관 직경의 4승에 비례하고 배관의 길이에 대해선는 반비례 합니다. 예를 들어, 현재 사용중인 배관의 직경을 2배로 늘리면, 배관 길이가 동일한 경우 기체를 2⁴ 또는 16배 더 흘려 보낼 수 있습니다.
분자유동에서의 Conductance
분자유동 조건 하에서는 단위 시간당 흘러 보낼 수 있는 기체 제적은 배관의 3승에 비례하고 배관 길이에 반비례합니다. 위 점성유동 조건과 같은 배관을 사용할 경우, 배관 직경을 두배로 늘린다면, 기체를 2³ 또는 8배 더 흘려 보낼 수 있습니다.
위 두 조건 모두 배관의 길이를 짧게 하면 더 많은 기체를 흘러 보낼 수 있습니다.
위 점성유동이 분자유동으로 바뀌는 압력범위가 존재합니다. 위 압력 범위를 전환(transition) 범위 또는 Cross Over Pressure Range라고 합니다. 이 범위에서 펌프의 적용이 바뀌어야 합니다. 이는 진공펌프를 다룰 때 말씀드리겠습니다.
직렬 배기 Conductance (Seriese Conductance)
진공시스템에서 진공배기를 위한 부품/부속품을 직렬로 배치할 경우, 전체 배기 conductance는 직렬 상의 최소 배기 conductance 보다 작아집니다.
위 그림을 보시면 C1, C2 결합 conductance가 100liter/sec 입니다 (각 conductance 200liter/sec로 가정한 경우). 여기에 200liter/sec 펌핑스피드를 갖는 펌프를 연결합니다. 여기서 펌프 역시 배기 conductance 중 하나가 됩니다. 이 경우의 위 작업 챔버에 대한 Total Conductance R를 다음과 같이 구합니다.
200liter 펌프를 사용하지만, 작업 챔버를 진공배기하는 1/3 정도만 효과적으로 사용될 수 있는 것입니다. 여기서 10배 성능의 펌프를 사용하게 되면 어떻게 될까요?
보다 큰 펌프를 사용했지만, 결국 펌프 전체 성능의 5% 정도만 사용할 수 있습니다. 펌프로 연결되는 배관이 결국에는 배기능력에 제한 요소인 것입니다. 그렇지만 배관 없이는 펌프와 진공 챔버를 연결할 수 없기 때문에, 이 배관을 어떻게 구성하고 배치하는가가 진공시스템 성능을 만들때 매우 중요합니다.
병렬배기 (Parallel Conductance)
병렬배기의 경우 위와 같이 각 배기능력을 합치면 됩니다.
즉, 작업챔버 하나에 여러개의 펌프를 바로 부착할 경우, 배기능력이 증가하게 됩니다.
직렬배기와 병렬배기를 조합해서 진공 시스템을 제작합니다. 병렬배기 안에 직렬배기의 구성들이 포함됩니다.
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