진공누설의 검출

 

 

 

8.2 누설의 검출

진공 시스템에 있어 사용하는 공정의 종류에 따라 상당히 많은 진공 부품과 연결되며, 이러한 부품을 통해 유입될 수 있는 수 Å 정도의 크기를 가진 기체분자를 차단하기란 결코 쉬운 작업이 아니다. 그러나 원활하게 진공 시스템을 사용하기 위해서는 누설은 반드시 차단하여야 하며, 최소한 허용되는 누설률을 확인하거나 정량적으로 누설량을 측정하여야 할 것이다. 표 8-2에서는 진공 누설을 검출하는 여러 가지 방법을 분류하고 있다. 진공 누설을 검출하는 방법으로는 크게 진공법과 가압법으로 대별하며, 여기에 침투법이 추가되기도 한다. 진공법은 누설을 확인하고자 하는 장비나 부품에 진공 펌프를 연결하여 배기하고, 누설의 부분에 가스를 투여함으로써 검출 센서로 검출하는 방식이다. 반면에 가압법은 대기압보다 높은 압력으로 조성하고 측정 가스를 투여하여 외부로 새어 나오는 가스를 검출하는 방식이다. 그러나 이러한 방식은 진공 시스템에서는 오염과 같은 문제를 내재할 수 있기 때문에 사용하지 않으며, 주로 진공법을 적용하게 된다. 한 종류의 진공 시스템을 오래 사용해온 전문가들은 최저 압력에 도달하는 데 걸리는 시간을 토대로 누설의 여부를 빨리 확인할 수 있지만, 새로운 부품이 결합하거나 다른 진공 시스템을 사용할 경우에는 역시 누설의 여부를 판단하는 데 약간의 시간이 소요된다. 따라서 누설이 의심될 경우에는 몇 가지 방법을 선택하여 누설이 발생하는 원인을 검사하게 된다.

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8.2.1 압력 변화법

진공 시스템에서 누설을 확인하는 가장 기본적인 방법으로 진공 게이지를 이용한 압력 상승법과 게이지 감도 차를 이용하는 방법 등이 주로 사용된다. 일반적으로 고진공이나 초고진공 시스템의 경우에 열전대 게이지와 같은 간단한 러핑 영역의 진공 게이지와 이온 게이지와 같은 고진공 영역의 게이지를 여러 개 장착하여 사용한다. 압력 상승법은 진공 용기의 압력을 최저 압력영역까지 내린 후에 밸브를 이용하여 진공 펌프를 완전히 차단하고 압력이 상승하는 과정을 확인하면서 검출하는 방법이다. 따라서 고진공 영역에서는 이온 게이지를 확인하고 러핑 영역에서는 주로 열전대 게이지를 이용하게 된다. 그러나 게이지의 감도 차를 이용하는 경우에는 진공 펌프를 통하여 정상적으로 압력을 떨어뜨리면서 누설이 의심되는 부분에 아세톤이나 알코올을 뿌려 게이지의 변화를 검출하게 된다. 이때, 열전대 게이지는 저진공 영역에서 누설을 검사하게 되며, 일시적으로 압력이 증가하는 현상을 게이지로 검출한다. 이는 아세톤이 공기에 비해 게이지 감도가 크기 때문에 누설이 예상되는 부분에 뿌리면 갑작스러운 게이지 눈금의 변화를 확인할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 정교한 검출법이 아니며, 균열이나 구명으로 유입된 아세톤이 진공에서 얼어 누설 경로를 한시적으로 막아 압력이 감소하기도 한다. 또한, 오일 회전 펌프에 아세톤을 사용하게 되면, 오일이나 O-ring에 붙은 그리스와 반응하여 문제를 일으킬 수 있으며, 전기적 연결부위에 뿌리게 되면 화재의 위험도 매우 높기 때문에 주의를 필요로한다. 고진공 게이지의 경우에는 아세톤이나 알코올 이외에 부탄(butane), 이산화탄소 수소 및 벤젠 등의 기체를 누설이 예상되는 부위에 뿌려서 사용하게 된다. 이는 이온 게이지의 감도가 기체분자의 이온화에 의한 것이며, Pirani 게이지는 기체의 종류에 따라 열전도율이 다르기 때문이다. 특히, 확산 펌프의 경우는 감도가 큰 헬륨이나 부탄을 주로 사용하며, 터보 펌프를 장착한 진공 시스템에서는 압축비가 적은 헬륨을 사용하게 된다. 그리고 크라 이오 펌프의 경우에는 헬륨, 이산화탄소나 산소도 사용하며, 이온 펌프의 경우에는 아르곤 가스를 주로 사용하여 검출하게 된다. 

 

 

 

8.2.2 잔류 가스 분석기

고진공이나 초고진공 시스템에서 누설을 감지하기 위해 가장 많이 사용하는 방법이 바로 잔류 가스 분석기를 이용하는 것이다. 이는 누설에 대한 감도가 매우 우수하며, 신뢰성이 좋고, 또한 사용하기가 매우 용이하다는 이유 때문이다.