真空の定義と圧力段階
目からウロコの理科ラジオ
めかラジオ
こんにちは、目からウロコの理科ラジオ、通称めかラジオをお送りします。
パーソナリティは、朝晩と昼の気温差が大きくて着るものが難しいカリウムと
月末の税支のエフェクト
真空の威力を思い知った経営です。
よろしくお願いします。
このラジオは、理系の話題が好きな人が集まるオンラインコミュニティ
理系トークラボのメンバーが、身近にある科学、科学の時事ネタ、歴史上の出来事を科学で読み解いたりする番組です。
ということで、今回のオープニングテーマは、ちょっといろいろバラバラな感じですけど、最近の話というところでございますね。
最初にヒエさんの方から聞こうかしら、月末の試験というのは何ですか?
月末の試験というのは、真空技術者試験というのをできる予定でして、全然勉強ができなくてまずいなっていう、そんな。
真空ですか?
真空です。
じゃあ今回、真空の話をお聞きしておりますので、その辺のことを含めてお話してもらえる感じですかね?
そうですね。どういうことを話すか、ちょっとこの後の本編を楽しみにしていただければどう?
はい。そしてケイさんはそこに合わせた感じですか?真空の威力を思い知った。
なんかドーンとかしましたか?
僕の大好きな格闘漫画で、バキシリーズというのがあるんですよ。
おっと、バキ読むんだ。
これ知っている人は、結構いらっしゃると思うんですけど、この中の強キャラで、柳龍光というやつがいるんですよね。
彼が。
私はバキの絵しか知らないんですけど。
ちょっと癖強い人らばっかりなんですけど。
空翔という手のひらの中に真空を作り出すことができるんですよ。
これで鼻と口を塞ぐと酸素濃度を一気に下げて相手を失神させることができるという、通称猛毒の柳の必殺技で空翔というのがあるんですけど、
それをこの間読み返して、改めて真空の恐ろしさを思い知ったところです。
手のひらの中に真空というよりは、完全に手のひらで鼻口を密閉して塞ぎたら十分効くような気はするんだけれども、
どうやって手のひらの真空を顔に密着させるんだろうというのが、そこは見てみないと分からないのかなって思いましたけれども。
びっくりされずに、ちゃんと答えてくださって嬉しいですね。
私も分析の仕事をやっていたので、真空というのはどのレベルで、みたいなのはちょっとだけ勉強したから、
なかなか真空も奥が深いなというふうに思ったことがあります。
結局、いわゆる分析にとって必要な真空というのは、
あれ、これ喋ると本命に引っかかる?やめとこうか。
引っかかるんですけど、全然テレビなんで大丈夫ですよ。
本当に簡単なことしか言わないんだけど、ポップが2個ないとダメっていうのがね、
荒引きと本引きっていう2つないとダメっていうのが結構大変なんだよなぁとか思って。
そういうのをまず思い出しましたというところでございます。
真空、どんな話が聞けるのか楽しみでございます。
そんなところで、今回のメカラジもぜひ最後までお楽しみください。
今回は最初に試験が終わっていることから、
勉強したことをちょっと話そうかなという意味も込めての真空についてお話したいと思います。
まず写真空って何?っていう話なんですけど、
一般的には宇宙とかの空気がないっていうのを想像されると思うんですけど、
空気がないって何だよっていうことで、
実質の定義では耐久圧より低い圧力状態のことで定義されていたはずです。
なので、真空ピンセットとか、掃除機で袋の中を吸った状態とか、あれも真空って言います。
最初の真空ピンセットってよく分からなかったんだけど。
掃除機みたいに空気を引いてそれでピンセットみたいに物を持ち上げるツールですね。
なるほどね。吸い込むことによって密着させる。
吸い込んで密着させて持ち上げる。これも真空って言えますね。
持ち上げるぐらいの気圧があるという感じですかね。
そうですそうです。
結構アバウトに捉えておくて、真空っていう概念を。
どこまで真空になるかっていうと、結構難しいんですが、
気圧が下がるっていうところまではイメージできると思うんですけど、
真空の中にも、低真空、中真空、高真空、超高真空、極高真空っていう5段階ぐらいに分かってまして、
何が違うんだよって話になるんですけど、これは待機圧で示されるんですが、
中のマイナス何乗とか、0.いくつパスカルとかになってくると、
待機圧基準で考えるよりは、その空間の中にどれくらいの分子が存在するかという風に捉えた方が分かりやすくなるという世界なんですね。
マイナス何乗とか言われたらよく分かんない。
そうですね。マイナス13乗とか。
とにかく低いことしか分かんないっていう。
家で使っている機器の検出機周りは、本当に中のマイナス13乗、14乗ぐらいの極高真空になっているので、相当ですよね。
そうしないと電子銃とかが効かないわけだし。
阻害されちゃうので、ない方がいいんですよね。
それがどれくらいない方がいいかとか、空間作りにどうするかというのが真空技術になります。
最近、ここ5、6年で実施が決定されて、そこで極高真空、14、マイナス9乗以上の領域が正式に追加されたりとか、
正常高真空になるものがありまして、これは清潔とかの正常ですね。
特定の物質の分圧が一定値以下、高真空の領域でもあるっていう。
この辺りは半導体業界の要請を受けて精神定義されたっていうことみたいですね。
半導体は本当に真空じゃないと混ざり物が入っちゃうとかそういう感じですか?
そうですね。
Twitterはともかく名前が出てこない。
電子ピタキシとか、他でもロゴのUHV?
国の紫外線の使った、ツイッターとかで衝突したら人生が終わるレベルの車として出てくるような。
エモとか、そういうのに本当に繊細なものとかに使われてるっぽいですね。
荒引きポンプと油汚染
そういうのを作り出すのにポンプを使って引いていくわけですが、
必ずしもポンプ2種類が必要、2つ必要ではなくて、
1つでも足りる場合もあるし、もっといっぱいつけないといけない場合もある。
2つじゃ済まないときもある?
ありますね。
対象の空間、真空容器って言うんですけど、真空容器の中に入っている物質だったりとか、
それがどういうプロセスで使われているかによって、ポンプの選択が変わってきます。
最初の荒引きのポンプと、ちゃんと引くポンプの2種類が分かれているのは、
動作原理から、本当にそれでちゃんと動く範囲が決まっていて、
本当に真空にするものは、
あらかじめ荒引きポンプとかで大体の真空にしていないと、
そもそも動作しない、壊れるというのがありますね。
じゃあそんな荒引きのポンプどういうのがあるかというと、
こういうのは結構、単純で言っちゃあれですけど、結構簡単な仕組みで、
例えば、
説明するの難しいな。
アルバックファイサーとかがYouTubeで動画を出しているので、
それを見てもらうとイメージが使いやすいんですけど、
例えば、車のエンジンみたいに、
車のエンジンと似てるんですよね。
中でロータリーみたいなのを回転させて、
吸い込んだ空気を移動させて圧縮して外に出す。
いろんな方法でそれを実現しているんですけど、
大体はそういう形が多いですね。
これの機密性を保つために油が使われていて、
それの油回転ポンプと言われたりします。
もちろん油を使っているので、
真空容器側、吸い込み口側に逆流したりして、油汚染とかがあるのでトラップとかを置けるんですけど、
やっぱり半導体プロセスとかではそういうのも限度がある嫌だというので、
油を使わない方法として他のポンプも考案されています。
例えば、3つの歯がある歯車を2つ用意して、
それを逆回転、互いに違う回転方向になるように回転させることで、
どんどん空気を引いていく。
これは油を使っていないので、
シールという意味では限度はあるんですが、
高速回転させることである程度引けるっていうのをやっています。
また他のポンプにも言えるんですけど、
同じものを段数を重ねることによって、また性能がある程度引き上がったりするので、
一つのポンプの中にその気候が2つ3つ連続で続いているものもあったりします。
化学屋さんは大体覚えていそうなものなんですけど、
原圧蒸留とかでアスピレーターを使った記憶がある人はあると思うんですけど、
あれを真空ポンプの一つであれをめちゃくちゃでっかくすると、
よりもっと高真空にいけるものが作れますね。
そういうのをエジェクターポンプっていうので、
水に限らず臓器だったりとか圧縮空気だったりとか、
とにかく高温圧力で受信光をバーって流して、
それで運動エネルギーを与えて引いていくっていう権利になります。
これの何がいいかっていうと、
真空引きする空気の中にいろんな物質、
それこそフンリンだったりとか、
圧縮した時に液体になっちゃうような凝縮性の液体だったりとか、
腐食性の物質とかそういう厄介なものが入っていても、
一気に押し出すので、
結構汚いところでも使える利点がありますね。
最初に話した油回転ポンプだと、
そういうのがあると、
粒子がいっぱい入ってきたら傷ついて性能が悪化してしまうとか、
そもそも動きが止まっちゃうみたいなこともありますし、
腐食したら同じですし、
ポンプによって何に使えるかっていうのが決まっているので、
そこはちょっと注意してみた方がいいところでもあったりしますね。
ターボ分子ポンプで分子を叩き落とす
そういうので大体引いて、
それで済む場合もありますし、
分析装置とか半導体プロセスだともっときれいにどんどん引かないといけないので、
そういうところに出てくるのが、
カーボ分子ポンプとか、
クライヨーポンプとか、そういうポンプになります。
カーボ分子ポンプ、これ結構使われていまして、
なかなかすごいんですけど、
固定された翼と動く翼の2種類、2段階、
2つで1セットなんですけど、
翼の向きが、
角度ももちろんついていて、
排気側にフタをするような角度?
出る方にフタをするような?
出る方にフタをするような角度をつけていて、
高速回転することで、
飛び込んできた機体分子を下に叩きつけるような動きになる。
そういう風に設計されています。
1分間にだいたい2万から9万回転していて、
そのくらいになると、
機体分子の平均速度に近くなるので、
より叩きやすく、叩き落としやすくなる。
衝突した時どっちに行くかっていうのは確率なんですけど、
角度をつけているので、
上に行ってももう1回当たって、
下に落ちるということで、
ポンプとしての役割を実現していますね。
結構うるさいらしいんですけど、
私は直接見ていないというか、
どれがそれなのかは知らないので、
職場にあるやつが。
うるささはちょっとわかんないんですけど、
でも結構うるさいし、
設置とかにも気をつかないといけないらしいので、
っていうのと、
牙がたぶん小さいのか、
結構密に翼が作られているので、
衝撃によっては壊れますし、
電源喪失しても壊れる可能性があるので、
結構安全機構とかがついてたりするみたいですね。
特に時空周りが磁力で打てる場合があるみたいで、
そういう時は電源がなくなって、
磁力がなくなると、
羽同士が接触しても悲惨なことになるので、
そうならないように、
よく使うベアリングみたいな、
多摩の時空系に設置するようになってたりとか、
回線ブレーキみたいな感じで、
回転電力に変換して、
磁力を共有しつつ、
どんどん回転を落としていて、
安全に自転する機構とかをつけて、
方法を図っているみたいですね。
停電とかだったらどうなりするんですか?
その停電対策で、
マックアップです。
非常用電源が入っていたり、
回線発電で安全に止める機構が入っているみたいです。
そのスピードで回っていたら、
急に電気が通らなくなったら、
偉いことになりそうですね。
本当に暴れそうな感じで。
クライヨーポンプは、
とにかく冷やすことで、
分子を吸着させる方法ですね。
これは割と原理は簡単なんですが、
溜め込むという性質上、
耐気圧フィンでそれをやっても、
効果はないに等しいので、
真空じゃないと効果がないという感じですね。
ゲッタースパッタイオンとか、
あるんですけど、
こういうのも本当に同じ感じで、
金属表面に分子を吸着させるという方法で、
吸着すると吸着する粘着シートと同じで、
吸着する面がなくなるのでスパッタイオン。
そして表面を削って、
新しい面を出してというのを繰り返すものになります。
反響への配慮とか、
最近結構うるさいじゃないですか。
SDGsやら何やら、
そういう税とかも結構あったりするんですか?
入っているみたいですね。
油使うものは、
その油の処理とか剪定とかに、
その辺は入ってきますし、
肺炎とかあったりするものもあるので、
ちゃんとトラップとかつけて、
というのもありますね。
工場とかで使う以上、
この辺は防止管理法に引っかかってくるので、
その辺をチュンチュンというか、
気にしないといけなさそうな気はします。
基本は待機系なのかな?
というのであったりとかですね。
真空の測定と質量分析計
これらポンプで引いたからといって、
ちゃんとなっているかどうかは分からないので、
計測するものもちゃんとあります。
計測するものとしては、
これも扱う、
待機圧、待機圧じゃない、
圧力範囲ごとに決まっていて、
直接整備中みたいに直接観測するものが多いというよりは、
バネとかの弾性を使って、
それを圧力換算したものとか、
熱の変動を使ったものとか、
何かしらの物理現象を変換して、
圧力として扱う場合が多いですね。
本当に高シンクになってくると、
電子の動きとか、
計測数とかで判断したりとか、
それこそ分析でよく使うマス、
質量分析系を使ったりとか、
というので、
計測してますね。
専用の計測機器みたいな?
そうです。
シンク計測用の、
質量分析をつけて、
今どれくらいかというのを見てたりするみたいです。
場合によりそうですね。
これは多分何があるかというのを、
ちゃんと見ないといけない場合に使われていたはずですね。
であったりとか、
リーク漏れがあるかどうかの試験で、
ヘリウムガスを、
プロセス内に流して、
見るときがあるんですけど、
そういうときに質量分析を使って、
どこからヘリウムが漏れているかとか、
を見たりする場合もあります。
というので、意外と質量分析系って、
利用されている範囲が広いんだなという、
話でもありますね。
そういう使われ方をしているとは知らない。
いや、私も今回初めて知ったのでびっくりしました。
なんか見たことある文字列がいっぱいあるぞって。
はい。
という感じで、
ベーキングとアルバック
ポンプで引いて、
シンク測ってという、
ものなんですが、
えっと、
これ面白いのが、
あのさっき、
さっきじゃないですね、最初の方に、
分子の数で捉えるって言ったんですけど、
あの、
機体の状態方程式、
あれがまた登場してくるときに、
それが結構重要になっていまして、
久しぶりに勉強したんですけど、
ちゃんと動出からやってみたら、
分子以降が与える、
圧力とか衝突のエネルギーから、
ちゃんと圧力を求めることができるのが分かったので、
なんか奥が深いというか、
面白いなって思ったんですよね。
ちょっと実際に動出してみないと、
分かんない面白さなんですけど、
中学高校でやった機体の状態方程式を、
改めて理解するか、
ちゃんと理解できたみたいなところはありません。
何話そう。
実は、
書いていないので、
お寄せの話をし終わった後に、
どうしようっていう。
シンクに関して、
面白い話がありまして、
あの、
ただ引いていれば、
高シンク、超高シンクになるというわけではないんですよね。
大量から放出されるガスとか、
水分とかがわりと吸着しちゃうので、
そういうものとかを取り除くのが結構難しくて、
完全にポンプで引き続けて、
10のマイナス以上とかにする場合、
10万年とかかかったはずですね。
計算上だと。
どうするのっていう話なので、
こういうのは加熱して、
取り飛ばすっていうのをやってます。
こういうのをベイキングって呼ばれてますね。
最初これ見たときに、
そんなにかかるのにどうやって実現してるって一瞬思いましたよね。
そんなもんかな。
結構あの、話しといてあれですけど、
図がないとイメージが伝わりにくいなっていうのがありますね。
さっきね、アルバックファイルでシンクについての、
ポンプの話の動画があるからって言われたんで、
ここでアルバックファイルの名前出たと思って、
昔アルバックファイルのネット服仕事を使ってたことがあるから仕事で。
はい。
そのときにいろいろやって、
あのとき真空いくつまで引いてたっけな、
10のマイナスなんだっけみたいな感じで、
さっきちょっと調べたりしてましたけど。
アルバックはもともとね、
真空系っていう名前で作っている名前だと思うんで、
アルバックって名前が、
バックというのがバックだからね。
そうそう、アラピキポップを作っているのも、
アルバック本社が作っているし、
アルバックファイルって言うと、
真空から測定する分析系を作っている会社だから、
まあ差もありなんて感じではありますけど。
そうですね、そうか。
アルは多分ウルトラの方かなって。
アルバック社とアルバックファイル社って別名に違うんだ。
うん、あのグループ会社だと思います。
うちにもトフシムスとかシムスが、
ダイミックシムス、トフシムス両方あるので、
はい、表面掘ったりするわけだ。
よく聞く名前なんですよね。
茅ヶ崎とトンビの食べ物強奪
さっきアルバックファイルのホームページ見たら、
あの会社の茅ヶ崎にあるので、
茅ヶ崎のサザンビーチの石碑が映ってたんで、
ちょっと笑っちゃいましたけど。
サザンビーチっていうCの形の石碑なんだけど、
そこにサザンビーチって英語で書いてあるんですよ。
サザンが茅ヶ崎出身だから、サザンオールスターズの桑田恵介が。
その関係で茅ヶ崎の海岸の一部がサザンビーチって名前でして、
実物は見に行ったことないけど、アルバックファイルの会社には行ったことがある。
茅ヶ崎の駅からだとちょっと遠くって、
一回乗り返して一駅だけ乗るんだったかな。
相模線っていうローカル線で。
神奈川県の茅ヶ崎から北の方に向かって、
最後どこまで行くんだろうな、橋本だか八王子ぐらいまで行くんだったかな。
単線でしたね。
電化がすごく遅かった記憶があります。
チェアールなんて。
その駅から歩いて行けるところでしたね。
そこのサインシャンと前に話したら、
お昼ご飯に茅ヶ崎の海岸の方まで自転車で行って、
そこでお弁当のサンドイッチ食べようかと思ったら、
トンビに取られてしまった。
ミベアルアルド。
泥棒するんですね、なかなか。
そこ人がいっぱいだから食べ物を狙っているトンビがいっぱいいるんでしょう、きっと。
っていう話が十何年前かに聞きましたね。
私はマジ海岸に行くっていう機会がないのであれですけど。
海岸、海辺行くと本当に狙ってきますからね。
そうなんだ。人が持ってるとか関係ないんだ。
人が持ってるものとかをよく取りに行きますね。
そうなんだ、むしろね。
食べ物を持てる確率が高いんで、アンコーチとかだと。
食べ歩きで。
けいさんも海によく行かれるからトンビどうですか?
トンビいますね。トンビ、カモメ、ウウってやつがいるんですけど。
カワウウじゃなくてウミウの方?
カワウウもウミウも。
気をつけるべきはカモメとトンビですね、やっぱり。
でも僕そんなに突撃を受けたりとかそういうのはないですね、あんまり。
割ともさに見られてるんじゃないですか。
僕が?
反撃を受けそうな、たやすく取られてくれなさそうなオーラを漂したい昔みたいに。
ウミの男だから。
気のせいかもしれないですけど、女性とか子供とかの方が狙われやすい気がしますね。
ひっきょうな。
割と野生動物ってそういうとこ見るよねっていう。
お猿も女性、子供にはかなり強く出るって言われてますから、野生の猿。
私が聞いた人は男性社員でしたけど。
あそこは違うのかもしれない、もっと強いのかもしれない。
カラスも舞いしてやってますね。
江ノ島はそうでした。
江ノ島はそうなんだ。
ウミはもうちょっとそういうのなしで穏やかに見たいなと思いますけどね。
大気圧未満の飼育の話を聞いたら、ウミの話になってましたが。
ウミの話になりました。
バックパイ繋がりで。
番組案内と締めくくり
アンチルスクという意味では、ウミもいろいろ歴史上では関係のあるところなので、外れではないということで、この辺でおしまいにしましょう。
どうもありがとうございました。
私たちメカラジは、科学の話ができる話し相手が欲しい人が集まるオンラインコミュニティ、理系トークラボのメンバーです。
出身者や理系のお仕事に関わっている人でも、日常的に科学の話をする人は実はそんなにいないものです。
理系の話題が話したい、聞きたい、詳しい人に出会いたい人は、ぜひ理系トークラボに入ってみてください。
クラウドファンティングのキャンプファイヤーから、加入することができます。
加入の最初の一月分は、会費が無料です。
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番組の感想や日常についてのお便り、
カーツのお便りなどもお待ちしております。
お気軽に投稿してください。
ということで、今回のメカラジオはここまでです。
お聞きくださりありがとうございました。
お相手は、理系トークラボラジオ部メカラジオ部のひのえひと
カリウムでした。
さようなら。
次回もお楽しみに。
