[Risolto] Lab trivia: la pompa turbomolecolare

Le regole del gioco sono semplici, ci state ad indovinare a cosa appartiene il particolare ritratto nella foto qui sotto? La soluzione dopo il salto

La pompa turbomolecolare

Il vincitore di questo primo Lab Trivia è stato Roberto, il quale ha indovinato che il dettaglio nell'immagine è preso dal rotore di una pompa turbomolecolare (foto integrale qui a destra). L'occasione è quindi particolarmente buona per cercare di spiegarvi cosa sia e come funziona.

Quando si inizia a fare il vuoto all'interno di una struttura a tenuta stagna, la pompa funziona come un'aspirapolvere, ovvero c'è un flusso intenso di aria che esce dalla camera che si svuota e passando attraverso la pompa finisce nell'ambiente esterno. A seconda delle dimensioni della camera e della velocità di pompaggio, questa fase dura relativamente poco, ma non riesce a garantire livelli di vuoto troppo spinti. Ad un certo punto le pompe rotative "standard" raggiungo un livello massimo oltre cui non riescono ad andare.

Il motivo è presto spiegato, il gas residuo all'interno della camera a vuoto non si comporta più come un fluido classico, le singole molecole di gas sono talmente distanti le une dalle altre da non interagire più tra di loro. Il risultato è che le molecole di gas hanno maggior probabilità di scontrarsi con le pareti della camera durante il loro moto rispetto che contro altre molecole.

E' in questo regime che comincia ad operare efficacemente una pompa turbomolecolare, il cui nome è formato dalle parole turbo, a causa della struttura molto simile ad una turbina, e molecolare perché agisce sulle singole molecole. Una turbomolecolare è composta da un certo numero di strati di rotori e statori, ovvero di eliche che girano e altre che stanno ferme. L'inclinazione delle palette dei rotori è opposta a quella degli statori e si va da inclinazioni importanti sul lato rivolto verso il vuoto ad angoli sempre minori andando verso l'uscita.

I rotori girano a velocità angolari folli, decina di migliaia di rotazioni per minuto. Quando una molecola di gas colpisce una delle palette, riceve un impulso che, per come è fatta e come gira, tende ad inviarla verso lo strato inferiore dove colpirà lo statore. L'orientazione delle palette e la rugosità delle superfici è tale per cui è massimizzata la probabilità di convogliare il maggior numero di molecole dalla camera a vuoto all'uscita.

Una turbomolecolare deve essere azionata. Se fatta pompare contro la pressione atmosferica o comunque con pressioni troppo elevate verso l'uscita, le palette vengono sollecitate troppo e si rischia di spezzarle mandando la pompa in un milione di pezzi. Anche l'arresto deve avvenire con attenzione, infatti dopo aver interrotto l'alimentazione, i rotori continueranno a velocità molto elevate per alcuni minuti grazie alla quasi completa assenza di attrito. E' importante iniziare a far entrare aria lentamente e solo quando la velocità è già piuttosto bassa in modo da non caricare troppo le "ventole".