Tecnologia de Vácuo e de Partículas Carregadas
Código
10544
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Física
Créditos
6.0
Professor responsável
Orlando Manuel Neves Duarte Teodoro
Horas semanais
5
Total de horas
72
Língua de ensino
Português
Objectivos
O aluno irá aprender a fazer cálculos e dimensionamentos de sistemas de vácuo. Irá conhecer o equipamento mais usual em tecnologia de vácuo.
Também será ensinado os vários passos para se projetar um sistema de óptica de partículas carregadas, com IGNOREe, transporte, separação e detecção.
Além disso o aluno aprenderá operar diverso equipamento usual em laboratórios de física, tais como bombas de vácuo e suas ligações, equipamento de medida e alimentação eléctricas.
Pré-requisitos
Aprovação em:
Electromagnetismo
Física Atómica e Molecular
Conteúdo
Tecnologia de Vácuo
- Porquê vácuo, graus de vácuo e aplicações. Liofilização e secagem, plasmas e descargas, simulação espacial, microscópios electrónicos e equipamentos analíticos, aceleradores, produção de semicondutores.
- Fundamentos, débitos, condutâncias e velocidades de bombeamento. Regimes de escoamento. Cálculo de condutâncias e de velocidades de bombeamento. Evolução da pressão no tempo. Fontes de gás num sistema de vácuo.
- Geração de vácuo, tipos de bombas. Bombas mecânicas, de vapor e de fixação. Gamas de operação.
- Medição de vácuo, tipos de medidores Manómetros mecânicos, de coluna líquida, de condutibilidade térmica, de ionização e de viscosidade. Padrões de vácuo, calibração e rastreabilidade.
- Topologias típicas de sistemas de vácuo. Sistemas de bombeamento de vácuo primário, alto-vácuo e ultra-alto vácuo. Associação de bombas. Projecto de sistemas de vácuo.
- Materiais e componentes de vácuo. Propriedades dos materiais, tratamento e requisitos. Técnicas de união e de vedação. Componentes normalizados.
- Detecção de fugas e ensaios de estanquidade. Detecção de fugas como ensaio não destrutivo normalizado. Técnicas de detecção de fugas. Espectrometria de massa com He.
Tecnologia de partículas carregadas
- Fontes de electrões de iões. Emissão termiónica e de campo. Ionização por bombardeamento electrónico, de superfícies, por pulverização, IGNOREes de plasma.
- Transporte de partículas carregadas. Lentes electrostáticas e magnéticas. A lente einzel. Deflexão e varrimento de feixes.
- Separação de partículas carregadas. O filtro de Wien de velocidades. Analisadores de energia. Separação de massa. Espectrómetros de massa.
- Detecção de partículas carregadas. O colector de Faraday. Multiplicadores de electrões com dínodos discretos e contínuos. O channeltron e multi-channelplates.
- Simulação de partículas carregadas em campos eléctricos. O SIMION.
- Introdução aos aceleradores. Aceleradores lineares DC e RF. O cliclotrão e o sincrotrão. Colliders e o complexo do CERN.
Bibliografia
- Tecnologia de Vácuo, A.M.C. Moutinho, M.E.F. Silva, M. Áurea Cunha, UNL, 1980
- Modern Vacuum Physics, Austin Chambers, CRC, 2004
- Vacuum Technology, A. Roth, Elsevier, 1990
- A User’s Guide to Vacuum Technology, John O’Hanlon, Wiley, 2003
- Building Scientific Apparatus,John H. Moore, Christopher C. Davis, Michael A. Coplan, Addison-Wesley, 2009
- Handbook of Vacuum Technology – by Karl Jousten (Editor), Wiley 2008
Método de ensino
O programa será apresentada em aulas teórico-práticas, com ajudas visuais e em constante discussão com os estudantes. Cada semana haverá também aulas práticas de laboratório de resolução de problemas. Também haverá pelo menos uma aula prática de simulação em computador.
Os estudantes são também convidados a expor um de vários temas propostos para a turma.
Método de avaliação
Esta unidade será avaliada através de 3 testes (2 de vácuo e 1 de partículas carregadas) e de 2 relatórios dos trabalhos práticos. Será solicitado também um relatório sobre um trabalho de simulação em óptica de partículas carregadas.
A frequência é obtida através de uma classificação superior a 9.5 nas actividades práticas.