Információk a vákuumrendszerekről és alkatrészekről. Vákuumos tapadókorongok – általános információk

Nagyon gyakran keresnek meg minket olyanok, akik vákuumszivattyút szeretnének vásárolni, de fogalmuk sincs, mi az a vákuum.
Próbáljuk kitalálni, mi az.

Definíció szerint a vákuum anyagtól mentes tér (a latin "vacuus" szóból - üres).
A vákuumnak többféle definíciója van: műszaki vákuum, fizikai vákuum, űrvákuum stb.
Figyelembe vesszük a műszaki vákuumot, amelyet nagyon ritka gázként határoznak meg.

Vegyünk egy példát arra, hogy mi a vákuum és hogyan mérjük.
Bolygónkon légköri nyomás van, egységnek (egy atmoszférának) tekintve. Az időjárástól, magasságtól függően változik, de ezt nem vesszük figyelembe, mivel ez a vákuum fogalmának megértését semmilyen módon nem befolyásolja.
Tehát a Föld felszínén 1 atmoszférával egyenlő nyomás van. Mindent 1 atmoszféra alatt (zárt edényben) műszaki vákuumnak nevezünk.

Vegyünk egy edényt, és zárjuk le légmentesen záródó fedéllel. A nyomás az edényben 1 atmoszféra lesz. Ha elkezdjük kiszivattyúzni a levegőt az edényből, akkor vákuum jelenik meg benne, amit vákuumnak nevezünk.
Vegyünk egy példát: 10 kör van a bal edényben. Legyen 1 atmoszféra.
„kiszivattyúzza” a felét - 0,5 atm-t kapunk, egyet hagyunk - 0,1 atm-t kapunk.

Mivel csak egy atmoszféra van az edényben, így a lehető legnagyobb vákuumot (elméletileg) nulla atmoszférát kaphatunk.
„Elméletileg” – mert. szinte lehetetlen az összes levegőmolekulát kifogni az edényből.
Ezért minden olyan edényben, amelyből levegőt (gázt) szivattyúztak ki, mindig marad belőle minimális mennyiség. Ezt "maradék nyomásnak" nevezik, vagyis azt a nyomást, amely az edényben marad a gázok kiszivattyúzása után.
Vannak speciális szivattyúk, amelyek akár 0,00001 Pa-ig is képesek elérni a mélyvákuumokat, de még mindig nem nullát.
A hétköznapi életben ritka, hogy 0,5-10 Pa-nál (0,00005-0,0001 atm) mélyebb vákuumra van szükség.

Számos lehetőség van a vákuum mérésére, amelyek a referenciapont megválasztásától függenek:
1. Az egység légköri nyomás. Minden, ami egy alatt van, az vákuum.
Vagyis a vákuummérő skálája 1-0 atm (1…0,9…0,8…0,7…..0,2…0,1….0).
2. A légköri nyomást nullának vesszük. Vagyis vákuum - minden negatív szám 0-nál kisebb és -1-ig.
Vagyis a vákuummérő skálája 0-tól -1-ig (0, -0,1 ... -0,2 ...., -0,9, ... -1).
A mérlegek kPa-ban, mBar-ban is lehetnek, de ez mind hasonló a légköri skálákhoz.

A képen különböző skálájú vákuummérők láthatók, amelyek ugyanazt a vákuumot mutatják:

A fent elmondottakból látható, hogy a vákuum nagysága nem lehet nagyobb a légköri nyomásnál.

Szinte minden nap megkeresnek minket olyanok, akik szeretnének -2, -3 atm-es vákuumot szerezni stb.
És nagyon meglepődnek, amikor rájönnek, hogy ez lehetetlen (egyébként minden második azt mondja, hogy „te maga nem tud semmit”, „ilyen van a szomszéddal”, stb. stb.)

Valójában ezek az emberek vákuum alatt akarnak alkatrészeket kialakítani, de úgy, hogy az alkatrész nyomása meghaladja az 1 kg / cm2-t (1 atmoszférát).
Ezt úgy érhetjük el, hogy a terméket fóliával letakarjuk, alóla levegőt szivattyúzunk (ebben az esetben a kialakuló vákuumtól függően a maximális nyomás 1 kg/cm2 (1 atm = 1 kg/cm2) lesz), ill. majd helyezze az egészet egy autoklávba, amelyben túlnyomás keletkezik. Vagyis 2 kg / cm2 nyomás létrehozásához elegendő 1 atm túlnyomást létrehozni az autoklávban.

Most néhány szó arról, hogy hány ügyfél mér vákuumot az Ampika Pumps LLC kiállításán irodánkban:
kapcsolja be a szivattyút, tegye ujját (tenyérét) a vákuumszivattyú szívónyílásába, és azonnal vonjon le következtetést a vákuumértékre vonatkozóan.

Általában mindenki nagyon szereti összehasonlítani a szovjet 2NVR-5DM vákuumszivattyút és az általunk kínált analóg VE-2100-at.
Egy ilyen ellenőrzés után mindig ugyanazt mondják - a 2NVR-5DM vákuuma magasabb (bár valójában mindkét szivattyú ugyanazokat a vákuumparamétereket állítja elő).

Mi az oka egy ilyen reakciónak? És mint mindig - a fizika törvényeinek ismerete és általában a nyomás hiányában.

Egy kis oktatási program: a "P" nyomás egy bizonyos felületre ható erő, amely erre a felületre merőlegesen irányul (az "F" erő és az "S" felület aránya), azaz P \u003d F/S.
Egyszerűen fogalmazva, ez egy felületen elosztott erő.
Ebből a képletből látható, hogy minél nagyobb a felület, annál kisebb lesz a nyomás. Ezenkívül a kéz vagy az ujj eltávolításához szükséges erő a szivattyú bemenetéről egyenesen arányos a felülettel (F=P*S).
A 2NVR-5DM vákuumszivattyú szívónyílásának átmérője 25 mm (felülete 78,5 mm2).
A VE-2100 vákuumszivattyú szívónyílásának átmérője 6 mm (felülete 18,8 mm2).
Vagyis egy 25 mm átmérőjű lyukból való kéz letépéséhez 4,2-szer nagyobb erőre van szükség, mint egy 6 mm átmérőjű lyukhoz (ugyanolyan nyomás mellett).
Éppen ezért, ha a vákuumot ujjakkal mérjük, egy ilyen paradoxont ​​kapunk.
A "P" nyomást ebben az esetben a légköri nyomás és az edényben lévő maradék nyomás (azaz a szivattyúban lévő vákuum) különbségeként számítják ki.

Hogyan lehet kiszámítani bármely alkatrész felületre nyomó erejét?
Nagyon egyszerű. Használhatja a fenti képletet, de próbáljuk meg egyszerűbben elmagyarázni.
Például legyen megkövetelve, hogy egy 10x10 cm-es alkatrészt milyen erővel lehet megnyomni, ha VVN 1-0,75 szivattyúval vákuumot hozunk létre alatta.

Azt a maradék nyomást vesszük, amelyet ez a VVN sorozatú vákuumszivattyú hoz létre.
Konkrétan ennél a VVN 1-0,75 vízgyűrűs szivattyúnál ez 0,4 atm.
1 atmoszféra 1 kg/cm2-nek felel meg.
Az alkatrész felülete 100 cm2 (10 cm x 10 cm).
Vagyis ha maximális vákuumot hoz létre (vagyis az alkatrészre 1 atm lesz a nyomás), akkor az alkatrész 100 kg-os erővel lesz megnyomva.
Mivel 0,4 atm vákuumunk van, a nyomás 0,4x100 = 40 kg lesz.
De ez elméletben van, ideális körülmények között, ha nincs légszivárgás stb.
Tényleg, ezt figyelembe kell venni, és a nyomás 20 ... 40%-kal kisebb lesz, a felület típusától, a szivattyúzási sebességtől stb.

Most néhány szó a mechanikus vákuummérőkről.
Ezek az eszközök 0,05 ... 1 atm tartományban mutatnak maradék nyomást.
Vagyis nem fog mélyebb vákuumot mutatni (mindig "0"-t fog mutatni). Például bármely forgólapátos vákuumszivattyúnál a maximális vákuum elérésekor a mechanikus vákuummérő mindig „0”-t mutat. Ha a maradék nyomásértékek vizuális megjelenítésére van szükség, akkor elektronikus vákuummérőt, például VG-64-et kell felszerelni.

Gyakran fordulnak hozzánk olyan vásárlók, akik vákuum alatt alakítanak ki alkatrészeket (például kompozit anyagokból készült alkatrészek: szénszál, üvegszál stb.), erre azért van szükség, hogy az öntés során gáz távozzon a kötőanyagból (gyantából), és ezáltal javuljon az anyag tulajdonságai. a készterméket, valamint az alkatrészt fóliával a formához nyomták, amely alól a levegőt kiszivattyúzták.
Felmerül a kérdés: melyik vákuumszivattyút használja - egyfokozatú vagy kétfokozatú?
Általában azt gondolják, hogy mivel a kétfokozatú vákuum nagyobb, így a részletek is jobbak.

A vákuum egyfokozatú szivattyúnál 20 Pa, kétfokozatúnál 2 Pa. Úgy tűnik, hogy mivel a nyomáskülönbség 10-szeres, akkor az alkatrész sokkal erősebb lesz.
De tényleg így van?

1 atm = 100000 Pa = 1 kg/cm2.
Ez azt jelenti, hogy a fólia nyomáskülönbsége 20 Pa és 2 Pa vákuum mellett 0,00018 kg/cm2 lesz (ha nem lusta, akkor kiszámolja magának).

Vagyis a gyakorlatban nem lesz különbség, mert. a szorítóerő 0,18 g-os erősítése nem befolyásolja az időjárást.

Hogyan lehet kiszámítani, hogy egy vákuumszivattyúnak mennyi idő alatt szivattyúzza ki a vákuumkamrát?
A folyadékoktól eltérően a gázok a teljes rendelkezésre álló térfogatot elfoglalják, és ha a vákuumszivattyú a levegő felét kiszivattyúzta a vákuumkamrában, akkor a levegő fennmaradó része ismét kitágul és a teljes térfogatot elfoglalja.
Az alábbiakban látható a paraméter kiszámításának képlete.

t = (V/S)*ln(p1/p2)*F, ahol

t a vákuumtérfogat p1 nyomásról p2 nyomásra való kiszivattyúzásához szükséges idő (órában).
V - a kiszivattyúzott tartály térfogata, m3
S - vákuumszivattyú fordulatszáma, m3/h
p1 - ​​kezdeti nyomás a kiürített tartályban, mbar
p2 - végső nyomás a kiürített tartályban, mbar
ln - természetes logaritmus

F - korrekciós tényező, a tartályban lévő végső nyomástól függ, p2:
- p2 1000-250 mbar F=1
- p2 250-100 mbar F=1,5
- p2 100-50 mbar F=1,75
- p2 50-20 mbar F=2
- p2 20-5 mbar F=2,5
- p2 5-1 mbar F=3

Dióhéjban ennyi.
Reméljük, hogy ez az információ segít valakinek a megfelelő vákuumberendezés kiválasztásában, és egy pohár sör mellett megmutatni tudását...

A " kifejezés vákuum", mint fizikai jelenség - olyan közeg, amelyben a gáznyomás alacsonyabb, mint a légköri nyomás.

A vákuum mennyiségi jellemzője az abszolút nyomás. A nyomás alapegysége a nemzetközi rendszerben (SI) a Pascal (1 Pa = 1N/m2). A gyakorlatban azonban más mértékegységek is léteznek, mint például a millibar (1 mbar = 100 Pa) és a Torr vagy higanymilliméter (1 Hgmm = 133,322 Pa). Ezek az egységek nem SI mértékegységek, de elfogadhatók a vérnyomás mérésére.

Vákuumszintek

Attól függően, hogy a nyomás mennyivel a légköri alatt van (101325 Pa), különböző jelenségek figyelhetők meg, aminek következtében különböző eszközökkel lehet ezt a nyomást megszerezni és mérni. Manapság több vákuumszint létezik, amelyek mindegyike saját megjelöléssel rendelkezik a légköri alatti nyomás intervallumainak megfelelően:

• Alacsony vákuum (HV): 105-102 Pa,
• Közepes vákuum (SV): 10 2 - 10 -1 Pa,
• Nagy vákuum (HV): 10 -1 és 10 -5 Pa között,
• Ultra-nagy vákuum (UHV): 10-5-10-9 Pa,
• Extrém nagy vákuum (EHV):

Ezek a vákuumszintek az alkalmazástól függően három gyártási csoportra oszthatók.

- Alacsony vákuum: főleg ott használják, ahol nagy mennyiségű levegőt kell kiszivattyúzni. Az alacsony vákuum eléréséhez lapátos elektromechanikus szivattyúkat, centrifugális, oldalcsatornás szivattyúkat, áramlásgenerátorokat stb.

Alacsony vákuumot alkalmaznak például a szitanyomó gyárakban.

- Ipari porszívó: az "ipari vákuum" kifejezés -20 és -99 kPa közötti vákuumszintet jelent. Ezt a tartományt a legtöbb alkalmazásban használják. Az ipari vákuumot forgó, folyadékgyűrűs, dugattyús szivattyúk és lapátos vákuumgenerátorok segítségével állítják elő a Venturi-elv szerint. Az ipari vákuum körébe tartoznak a tapadókorongok, a hőformázás, a vákuum befogás, a vákuumcsomagolás stb.

- Műszaki vákuum: -99 kPa-tól kezdődő vákuumszintnek felel meg. Ezt a vákuumszintet kétfokozatú rotációs szivattyúkkal, excenteres forgószivattyúkkal, Roots vákuumszivattyúkkal, turbomolekuláris szivattyúkkal, diffúziós szivattyúkkal, kriogén szivattyúkkal stb.

Ezt a vákuumszintet főleg liofilizálásnál, bevonatnál és hőkezelésnél alkalmazzák. A tudományban a technikai vákuumot a világűr szimulációjaként használják.

A földi vákuum legmagasabb értéke jóval kisebb, mint az abszolút vákuum érték, ami pusztán elméleti érték marad. Valójában még az űrben is, a légkör hiánya ellenére, van néhány atom.

A vákuumtechnológiák fejlesztésének fő ösztönzője az ipari kutatás volt. Jelenleg számos alkalmazás létezik a különböző ágazatokban. A vákuumot elektrosugárcsövekben, izzólámpákban, részecskegyorsítókban, kohászatban, élelmiszeriparban és repülőgépiparban, magfúzió szabályozására szolgáló berendezésekben, mikroelektronikában, üveg- és kerámiaiparban, tudományban, ipari robotikában, vákuumos tapadókorongokat használó megfogórendszerek stb.

Példák vákuum alkalmazásokra az iparban

Többszörös befogású vákuumrendszerek "OCTOPUS"

Vákuumos tapadókorongok – általános információk

A vákuumos tapadókorongok nélkülözhetetlen eszközt jelentenek olyan tárgyak, lapok és különféle tárgyak megfogására, emelésére és mozgatására, amelyek a hagyományos rendszerekkel nehezen mozgathatók törékenységük vagy deformációveszélyük miatt.

Megfelelő használat esetén a tapadókorongok kényelmes, gazdaságos és biztonságos munkát biztosítanak, ami alapelv az automatizálási projektek tökéletes megvalósításához a gyártásban.

Folyamatos kutatás és ügyfeleink igényeire való odafigyelés lehetővé tette számunkra, hogy olyan tapadókorongokat állítsunk elő, amelyek ellenállnak a magas és alacsony hőmérsékletnek, kopásnak, elektrosztatikus kisülésnek, agresszív környezetnek, és nem hagynak foltokat a szállított tárgyak felületén. Ezenkívül a tapadókorongok megfelelnek az EGK biztonsági szabványoknak és az FDA, BGA, TSCA élelmiszer-szabványoknak.

Minden tapadókorong kiváló minőségű vákuumformázott alkatrészekből és korróziógátló kezeléssel készül a hosszú élettartam érdekében. A konfigurációtól függetlenül minden tapadókorongnak saját jelölése van.

Octopus többszörös markolatrendszer

A fény vákuum-ingadozása (sárga hullám) felerősödik az optikai rezonátorban (felső és alsó visszaverő tükrök). A 2D határfelületen a kristályrács (vörös atomok) rezgései hozzák létre ezt a fényhullámot. Az így kevert fény-rezgés hullámok különösen erősen egyesülnek az elektronokkal egy kétdimenziós atomi vékony anyagban (zöld és sárga atomok), megváltoztatva annak tulajdonságait.
Kép: J. M. Harms, MPSD

A hamburgi Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) elméleti osztályának tudósai elméleti számításokkal és számítógépes szimulációkkal kimutatták, hogy az elektronok közötti erő és a rácstorzulások egy atomosan vékony, kétdimenziós szupravezetőben megnövelhetők. virtuális fotonokkal vezérelhető. Ez segíthet új szupravezetők kifejlesztésében energiatakarékos eszközökhöz és sok más műszaki alkalmazáshoz.

A vákuum nem teljesen üres. Lehet, hogy az emberek számára furcsán hangzik, de a probléma a kvantummechanika születése óta foglalkoztatja a fizikusokat. A látszólagos üreg folyamatosan "buborékol" és enyhe rezgéseket kelt még abszolút nulla hőmérsékleten is. Bizonyos értelemben ezek a virtuális fotonok csak arra várnak, hogy felhasználják őket. Átadhatnak erőket és megváltoztathatják az anyag tulajdonságait.

Ismeretes, hogy a vákuumerő hozza létre a Kázmér-effektust. Ha két párhuzamos fém kondenzátorlemezt nagyon közel helyezünk egymáshoz, mikroszkopikusan kicsi, de mérhető vonzást éreznek közöttük, még akkor is, ha a lemezek nincsenek elektromosan feltöltve. Ez a vonzalom a lemezek közötti virtuális fotonok cseréjével jön létre, hasonlóan ahhoz, ahogy két ember egymásnak dobja a labdát, és visszariad. Ha a labda láthatatlan lenne, azt feltételeznénk, hogy taszító erő hat közöttük.

Az MPSD tudóscsoportja a Science Advances-ben publikált egy tanulmányt, amely bemutatja a kapcsolatot a vákuum ereje és a legfejlettebb anyagok között. Különösen azt vizsgálják, hogy mi történik, ha egy SrTiO3 hordozón lévő kétdimenziós, magas hőmérsékletű vas-szelenid (FeSe) szupravezetőt helyeznek a két fémlemez közötti résbe, ahol a virtuális fotonok oda-vissza repülnek.

Elméleteik és szimulációik eredménye a következő: a vákuum ereje lehetővé teszi, hogy a 2D rétegben lévő gyors elektronok erősebben kapcsolódjanak a hordozórács rezgéseihez, amelyek a 2D rétegre merőlegesen oszcillálnak. A szupravezető elektronok és a rácsrezgések összekapcsolása számos anyag fontos tulajdonságainak központi építőeleme.

"Még csak most kezdjük megérteni ezeket a folyamatokat" - mondják a tudósok. „Például nem tudjuk pontosan, hogy a vákuumfény milyen erős hatással lesz a felületi rezgésekre. Kvázi fényrészecskékről és fononokról, az úgynevezett fononpolaritonokról beszélünk. A háromdimenziós szigetelőkben a fononpolaritonokat évtizedekkel ezelőtt lézerrel mérték. Ez azonban új tudományos terület, ahol összetett új, kétdimenziós kvantumanyagokról beszélünk. "Természetesen reméljük, hogy munkánk arra ösztönzi majd a kísérletező társakat, hogy teszteljék előrejelzéseinket."

Angel Rubio, az MPSD elméleti igazgatója örül ezeknek az új képességeknek: „Osztályunkon az elméletek és a numerikus szimulációk kulcsfontosságú elemei a potenciális technológiai fejlesztések teljesen új generációjának. Ennél is fontosabb, hogy arra ösztönzi a kutatókat, hogy újra foglalkozzanak a fény és az anyag szerkezetének kölcsönhatásával kapcsolatos régi problémákkal.

Rubio nagyon optimista az alapkutatás szerepét illetően ezen a területen. "A kísérleti fejlődéssel együtt, például az ellenőrzött gyártás, valamint az atomi szerkezetek és elektronikus tulajdonságaik pontos mérése terén, nagy felfedezések elé nézünk." Véleménye szerint a tudósok a kémiai vegyületek, különösen a kétdimenziós anyagok és összetett molekulák funkcionalitásának atomi tervezésének új korszakába lépnek.

M. A. Sentef et al. Az üreges kvantum-elektrodinamikai polaritonikusan fokozott elektron-fonon csatolás és hatása a szupravezetésre, Science Advances (2018).

Tavaly május végén sok népszerű újság tele volt a következő címekkel: „Vákuumból kaptak energiát a tudósok!”. A vákuumszivattyúk tulajdonosai vidáman dörzsölték a kezüket, és álmukban már az új oligarcháknak látták magukat. A vákuumból származó ingyenes energia azonban még nem jelent meg a piacon.

1948-ban Hendrik Casimir és Dirk Polder holland elméleti fizikusok a kolloid filmek tulajdonságaira magyarázatot keresve az egymást polarizáló molekulák elektromágneses erőkkel való kölcsönhatását vizsgálták. Kiderült, hogy egy polarizálható molekula fémlemezhez való vonzóereje fordítottan arányos a köztük lévő távolság negyedik hatványával.

De ezzel még nem ért véget a dolog. Kázmér megvitatta megállapításait Niels Bohrral, aki megjegyezte, hogy a vonzalom egészen más módon magyarázható. Ekkor már bebizonyosodott, hogy a fizikai vákuum virtuális részecskéi befolyásolják az atomon belüli elektronok energiaszintjét (Lamb shift). Bohr szerint a Kázmér által kiszámított hatás pontosan ilyen jellegű lehet. Kázmér elvégezte a megfelelő számításokat, és ugyanazt a képletet kapta.

Kázmér-effektus

Ugyanebben az évben Kázmér egy egyszerű és szemléletes példát javasolt a vákuum erejére. Képzeljünk el két lapos vezetőképes lemezt párhuzamosan. A köztük lévő virtuális fotonok sűrűsége kisebb lesz, mint kívül, mivel ott csak szigorúan meghatározott rezonanciafrekvenciájú elektromágneses állóhullámok gerjeszthetők. Ennek eredményeként a lemezek közötti térben a fotongáz nyomása kisebb lesz, mint a kívülről jövő nyomás, ami miatt egymáshoz vonzódnak, és ismét a negyedik hatványával fordítottan arányos erővel. a résszélesség (a lemezek egymáshoz közeledésekor az állóhullámok megengedett frekvenciájának halmaza lecsökken, így a "belső" és a "külső" fotonok közötti sűrűségkülönbség megnő). A valóságban egy ilyen vonzalom több mikrométer távolságból válik észrevehetővé. Ezt a jelenséget Kázmér-effektusnak nevezik.

Modern szemszögből
a vákuum-ingadozások okozzák a molekulák közötti erőkölcsönhatásokat. Ezért akkor nyilvánulnak meg, amikor különböző alakú (nem feltétlenül lapos), fémből vagy dielektrikumból készült testek közelednek egymáshoz. Fél évszázaddal ezelőtt először Jevgenyij Lifszits, Igor Dzjalosinszkij és Lev Pitajevszkij a Fizikai Probléma Intézet elméleti osztályának tagjai tudták meg. Azt is kimutatták, hogy bizonyos feltételek mellett a kazimiri vonzalom helyébe taszítás lép. Steve Lamoreau, Umar Mohidin és Anushri Roy 1997-ben megbízható kísérleti megerősítést nyert egy ilyen vonzerő létezésére. A Kazimierz taszító erőit először 2009-ben mérte meg kísérletileg egy Jeremy Munday vezette csoport.

Mozgó tükrök

1970-ben Gerald Moore, az amerikai Brandeis Egyetem fizikusa publikált egy cikket, amelyben elméletileg megvizsgálta a vákuum viselkedését egy olyan üregben, amelyet két konvergáló vagy széttartó síkpárhuzamos tükör határol. Megmutatta, hogy az ilyen tükrök felerősíthetik a vákuum-ingadozásokat... és valódi fotonok előállítására késztethetik őket. Moore számításai szerint azonban ahhoz, hogy bármilyen észrevehető mennyiségű foton keletkezzen, a tükröknek relativisztikus sebességgel kell rendelkezniük. Az 1980-as évek végén a vákuum-ingadozások „kiépülésének” problémája sok tudóst érdekelt. Elméleti elemzése kimutatta, hogy a vákuum nem csak anyagi testek közelében képes valódi fotonokat létrehozni szubluminális sebességgel, hanem olyan anyagok közelében is, amelyek gyorsan megváltoztatják elektromos vagy mágneses tulajdonságaikat. A virtuális vákuum-ingadozások valódi kvantumokká való átalakulását dinamikus, vagy nem stacionárius Kázmér-effektusnak nevezték.

Virtuális tükör, valódi fotonok

A szokásos Casimir-effektus két lapos párhuzamos lemez vonzása a köztük lévő rezonáns állóhullámok "kiválasztása" miatt. A dinamikus hatás a fotonok „devirtualizációját” jelenti a tükrök gyors (relativisztikus) mozgása során. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen sémát pusztán mechanikus módon lehetetlen megismételni, ezért a göteborgi Chalmers Egyetem egy csoportja "virtuális" tükröket használt - mágneses térrezgések segítségével megváltoztatták a hullámvezető hosszát, ami kb. határának relativisztikus sebességű mozgásához hasonló.

Egészen a közelmúltig ezek a tanulmányok a tiszta elméletre korlátozódtak. A Moore-féle séma közvetlen reprodukálása természetesen meghaladja a modern technológiák erejét, amelyek nem képesek szubluminális sebességre gyorsítani a bármilyen anyagból készült tükröket. A dinamikus Casimir-effektus megfigyelésére szolgáló gyakorlatiasabb eszközöket a tudományos irodalom többször tárgyalta - például piezoelektromos vibrátorokat és nagyfrekvenciás elektromágneses rezonátorokat. Az elmúlt években az ezen a területen dolgozó fizikusok azon a véleményen voltak, hogy ezek a kísérletek meglehetősen megvalósíthatóak.

Ellenőrzés a gyakorlatban

Christopher Wilson és kollégái a svédországi Göteborg városában található Chalmers Műszaki Egyetemen, valamint ausztrál és japán kollégák voltak az elsők, akiknek sikerült. A virtuális fotonok „megújítása” egy szupravezető kvantuminterferométerhez (két, zárt áramkörben párhuzamosan kapcsolt Josephson-alagút csomópont) csatlakoztatott alumínium hullámvezető közelében történt. A kísérletezők úgy változtatták meg ennek az áramkörnek az induktivitását, hogy mágneses fluxust vezettek át rajta, amely körülbelül 11 GHz-es frekvencián rezeg. Az induktivitás ingadozása befolyásolta a hullámvezető elektromos hosszát, amely teljesen relativisztikus sebességgel oszcillált (körülbelül az elektromágneses hullámok hullámvezetőben való terjedési sebességének negyede, amely körülbelül a vákuumban lévő fénysebesség 40%-ának felel meg) . A hullámvezető a várakozásoknak megfelelően vákuum-ingadozásokból kinyert fotonokat bocsátott ki. Ennek a sugárzásnak a spektruma megfelelt az elméleti előrejelzéseknek.

Ezzel a berendezéssel azonban nem lehet vákuumból energiát nyerni: a keletkező sugárzás energiája mérhetetlenül gyengébb, mint az a teljesítmény, amelyet a készülékbe kell pumpálni. Ugyanez igaz más eszközökre is, amelyekkel a dinamikus Kázmér-effektus megfigyelhető. Általában a vákuum egyáltalán nem olajhordozó réteg.