Проблема получения "чистого",или "безмасляного", вакуума является одной из наиболее актуальных для вакуумной науки и техники. Наличие каких-либо веществ (загрязнений) в объеме откачиваемой камеры чрезвычайно вредно во многих исследовательских или промышленных системах: масс-спектрометрах, ускорителях элементарных частиц, установках для получения тонких пленок. Согласно данным многочисленных исследований, загрязнения в большей части создаются проникновением вакуумных масел - рабочих жидкостей - в откачиваемый объем.

В отечественной литературе данное явление принято называть "обратным потоком"(ОП),или "обратной миграцией" (backstreaming,baokmigratlon), в немецкой - "обратным потоком масла" (Olruckstromung), во французской - "ретродиффузией", или "контрдиффузией" (retrodiffusion, contrediffusion)

В некоторых работах высказывается мнение, что в общем виде под ОП нужно понимать любой перенос вещества из системы откачки в вакуумную камеру. В связи с этим ОП разделяют на "первичный" ОП, т. е. тот, который идет непосредственно из насоса, и "вторичный" ОП - который идет в вакуумную камеру после маслоотражателя и ловушки.

Принципиальная трудность в исследовании механизмов образования ОП заключается в определении относительного вклада каждого из источников в общий ОП, исходящий из входного сечения насоса. Возможными источниками ОП в паромасляных насосах являются следующие (cм.рис.5.1): вылет масла из пограничной зоны струи и верхней ступени (1), испарение масла с кромки сопел соответствующих ступеней (2,4,5), испарение масла со стенки насоса (3), вылет масла из зоны кипятильника через зазор между корпусом насоса и паропроводом нижней ступени (6), проникновение паров масла из форвакуумного насоса до выхода паромасляного насоса на рабочий режим (7). Согласно экспериментальным данным, относительный вклад источников ОП в общий ОП, величина которого принимается за единицу, распределяется, как показано в табл, 5.1 (измерения проводились при давлении 2,7.10^-4 Па).

Таблица 5.1Удельный вклад в ОП его основных источников в паромаслянном ВН

Определение приведенных выше величин проводилось весовым методом. Направленность ОП изучалась по соответствующей ориентации пластины во входном канале насос. Величина ОП монотонно увеличивается от сопла к стенке насоса; разница в величине ОП у стенки и непосредственно у охлаждаемого колпачка (маслоотражателя) 100-кратная на расстоянии 1 см от плоскости входного сечения насоса и 10-кратная - на расстоянии 10 см от входного сечения насоса.

Интересное явление наблюдалось в рабочем режиме насоса - пульсация величины ОП. Его назвали "взрывным ОП". Измерения проводились с помощью масс-спектрометра Наблюдаемые всплески имели длительность 0,1 с, вклад их в интегральную величину ОП был очень мал. Наблюдаемый факт объясняется падением капель масляного конденсата с маслоотражателя в насос, что приводит к возмущению струи, истэкающей из сопла.

Если говорить вообще о механизме загрязнения откачиваемого объема рабочими жидкостями, то помимо ОП нужно учитывать также испарение масла, например, с незахоложенных поверхностей конструктивных элементов системы. Удельный вклад этого источника загрязнений вакуумных систем мал относительно первичного ОП в силу относительно низкой летучести вакуумных масел, но велик по отношению ко вторичному ОП, например, за азотной ловушкой.

Вопреки распространенному мнению, величина ОП не снижается с уменьшением мощности нагревателя. Для каждого диффузионного насоса конкретной конструкции существует оптимальная мощность, подводимая для нагрева рабочей жидкости, соответствующая минимальному остаточному давлению при максимальной быстроте откачки и наименьшему ОП.

Это связывается с тем, что когда мощность увеличивается в некоторых пределах, повышается максимальная степень сжатия насоса, повышается энергия струй, исходящих из сопел, которые образуют как бы "паровую ловушку" для ОП.

При выборе режима работы паромасляного насоса с целью обеспечения минимального ОП необходимо учитывать зависимость ОП от впускного давления. Уменьшение впускного давления паромасляного насоса в диапазоне 10^-4.. 10^-2 Па не вызывает заметного изменения ОП, однако при давлениях больших чем 10 Па ОП уменьшается наблюдаемая закономерность связывается с тем, что при таких давлениях поток откачиваемого газа достаточно плотный, чтобы заметная часть молекул отражалась в сторону насоса.

Известно, что величина ОП в паромасляном насосе в режимах его работы "пуск" и "останов" превышает величину ОП в рабочем режиме на 2...3 порядка. Имеются разные подходы к объяснению такого явления.