Vakuumpumpe

Im Feinvakuumbereich liegt der Druck zwischen 1 mbar und 10⁻³ mbar. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen einfacher Vakuumtechnik und präziseren Anwendungen dar. Feinvakuum wird zum Beispiel in der Vakuumtrocknung, bei Lecktests oder als Vorvakuum für Hochvakuumpumpen verwendet. Auch erste Laboranwendungen wie einfache Massenspektrometrie fallen in diesen Bereich. Die Druckmessung erfolgt hier meist mit Pirani-Sensoren, die auch niedrige Drücke zuverlässig erfassen können. Vakuumpumpen können diese unterdrücke aufbauen.

Hochvakuum bezeichnet Drücke zwischen 10⁻³ mbar und 10⁻⁷ mbar. Um diesen Bereich zu erreichen, werden in der Regel mehrere Pumpstufen eingesetzt – typischerweise eine Kombination aus Drehschieber- und Turbomolekularpumpe. Hochvakuum ist in vielen hochpräzisen Anwendungen erforderlich, etwa in der Elektronenmikroskopie, der Dünnschichttechnik, bei Vakuumbeschichtungen und in der Halbleiterfertigung. Für die Druckmessung kommen hier Ionisationsmessgeräte oder Kombinationen aus Pirani- und Kaltkathodensensoren zum Einsatz.

Das Ultrahochvakuum beginnt bei Drücken unter 10⁻⁷ mbar. In diesem Bereich befinden sich nur noch wenige Moleküle pro Kubikzentimeter. Um solch geringe Drücke zu erreichen, müssen Systeme aus besonders reinen, metallischen Materialien bestehen und häufig vor dem Betrieb „ausgeheizt“ (bake-out) werden, um adsorbierte Gase von den Wänden zu entfernen. Anwendungen sind vor allem in der Grundlagenforschung zu finden – etwa in der Oberflächenphysik, Nanotechnologie oder in Teilchenbeschleunigern. Messungen erfolgen fast ausschließlich mit hochempfindlichen Ionisationsmessgeräten.

Das extreme Vakuum (auch: "Extreme High Vacuum" oder XHV) beginnt unterhalb von 10⁻¹² mbar. In diesem Bereich existieren nahezu keine Teilchen mehr, und es dominieren quantenphysikalische Effekte. Extreme Vakuumbedingungen finden sich beispielsweise in der Raumfahrttechnik, in der Teilchenphysik (z. B. am CERN) oder bei Experimenten mit kalten Atomen. Solche Drücke sind nur mit aufwendigsten technischen Mitteln erreichbar und erfordern Spezialsysteme in streng kontrollierter Umgebung. Orientierungshilfe: Vakuum im Vergleich zur Atmosphäre Zum besseren Verständnis hilft ein Blick auf den natürlichen Druckverlauf: Während auf Meereshöhe ein Druck von rund 1013 mbar herrscht, sinkt er auf dem Mount Everest bereits auf etwa 310 mbar. In der Stratosphäre, ab etwa 30 km Höhe, liegt der Druck bei ca. 1 mbar – also gerade einmal auf der Schwelle zum Grobvakuum. In der Erdumlaufbahn herrschen hingegen bereits Drücke im Bereich des Hoch- oder Ultrahochvakuums. Der tiefe Weltraum schließlich liegt weit im Bereich des extremen Vakuums – mit Drücken unterhalb von 10⁻¹² mbar.