hoogvacuummodellen

Hoogvacuummodellen zijn wiskundige en computationele representaties die het gedrag van gas in hoogvacuumssystemen beschrijven. In dit regime is de gemiddelde vrije afstand van moleculen groot in vergelijking met de afmetingen van de behuizing, waardoor gastransport grotendeels wordt bepaald door molecuul-op-oppervlak interacties in plaats van onderlinge botsingen. Deze modellen zijn essentieel voor het voorspellen van drukontwikkeling, gasstroom, uitgas en pompwerking in toepassingen zoals vacuümkamers, coatingprocessen en wetenschappelijke instrumentatie.

Het belangrijkste organisatorische principe is de verdeling van regimes op basis van het Knudsen-getal; hoogvacuum geldt wanneer moleculaire stroming overheerst en continue Navier-Stokes-vergelijkingen weinig toepasselijk zijn. Daardoor worden kinetische beschrijvingen toegepast. Gasoppervlak-interacties worden gemodelleerd via reflectie-wetten (speculair, diffuus) en plakkingskansen, en uitgas van materialen wordt als bronterm opgenomen.

Veelvoorkomende modelfamilies zijn onder andere vrije moleculaire stromingsmodellen die conductance en pompingssnelheden tussen oppervlakken berekenen; uitgas- en adsorptie/desorptie-modellen; en diffusie-limited processen langs oppervlakken. Daarnaast bestaan er modellen voor afdichting en lekkages in systemen.

Computationale technieken omvatten Direct Simulation Monte Carlo-methoden die individuele moleculen simuleren, Monte Carlo-methoden voor botsingen met oppervlakken, analytische oplossingen voor vereenvoudigde geometrieën en hybride benaderingen die pompmodellen koppelen aan de behuizingsgeometrie.

Toepassingen en uitdagingen: gebruikt bij het ontwerp van vacuümsystemen, coatingkamers en ruimte-simulatiefaciliteiten, evenals in experimenten die stabiel ultra-hoog vacuüm vereisen. Beperkingen bestaan uit onzekerheden in oppervlakte-eigenschappen, variërende uitgasniveaus en gevoeligheid voor geometrie en materiaalkeuzes.