真空人物丨居里夫人助手设计的真空泵
1890年，法国科学家Fernand Holweck出生。他在放射性物质、超声波技术、电子光学等众多科学领域都有杰出贡献。对于真空技术而言，他是分子泵发明与改进过程中必不可少的科学家。今天我们就来认识一下这位传奇科学家Holweck。
1910年，Holweck于法国物理与化学学院毕业。1912年，他成为居里夫人的助手，在居里实验室研究放射性物质，并对放射性技术作出重大贡献。在第一次世界大战期间，Holweck与Louis de Broglie合作开发了用于探测潜艇的超声波技术。1922年，凭借软X射线研究成果，Holweck获得博士学位，其对低原子序数元素的X射线光谱研究，弥合了远紫外区和X射线之间的理解鸿沟。除此之外，Holweck还研发了可拆卸的高功率无线电管，并且是第一个研发电子聚焦和电子光学的科学家，在当时，他的研究处于科学发展的最前沿。
而对于真空技术而言，Holweck的贡献值得被我们铭记。1920年，Holweck设计并制造了Holweck牵引分子真空泵，凭借此设备在当时可获得10-6mbar的高真空度。后来这种真空泵由著名的法国科学仪器制造商Chares Beaudouin量产，并对依赖真空技术的研究和工业生产做出了重大贡献。
在Holweck研发的分子泵中，抽真空是由圆柱体转子完成的，定子上设有螺旋导向槽。工作原理是利用分子阻力完成气体抽送。转子直径为150mm，长230mm，转子转速为 3000~4500 r/min。转子与泵体之间间隙为0.025~0.050mm。出口压力为2700Pa时，泵的极限压力为1.3×10-3Pa，抽速为4.5~8L/s。Holweck分子泵曾用于海军通信三极管、真空分析仪器、电子显微镜和阴极射线管等真空系统上。
这种牵引泵的牵引筒展开图如下图所示。其中，牵引筒高度用L' 表示；牵引槽长度用L表示，深度用h 表示，宽度用w 表示，螺旋升角用φ 表示;转子与定子间隙用δ 表示;转子的牵引速度用u 表示。气体流动如图中箭头方向所示。
筒式牵引泵压缩比很高，但泵入口有效抽气面积不大、抽速较小。由于筒式牵引泵进气口、排气口之间的压差很大，而转子与定子的间隙为被抽气体泄漏的通道，与牵引槽长度(抽气通道长度)L 相比，牵引筒高度（泄漏通道长度）L' 较短，因此，筒式牵引泵容易发生较大的间隙泄漏，对泵的抽气性能产生不利影响。为有效控制被抽气体沿筒式牵引泵转子-定子间隙的泄漏，保证泵的抽气性能，筒式牵引泵转子与定子之间的设计间隙非常小。这就对筒式牵引泵零部件的加工精度和装配精度要求很高，牵引分子泵高速运动条件下很小的工作间隙容易引起泵的机械故障，导致泵的损坏。
虽然筒式牵引泵存在着一些不足，但不要忘记，今天我们所使用的叶片涡轮分子泵就是在Holweck设计的基础上改进而来的。试想一下如果没有Holweck的研究与突破，如今的表面研究、航空航天、电子元件等高真空和超高真空应用领域将会是怎样的景象呢？
1938 年，Holweck成为CNRS（法国国家科学研究中心）的研究主任，他与众多来自学术界和工业领域的法国真空科学家一起，成立了第一个旨在通过教育促进真空科学和技术的国家真空学会，就是后来的法国真空工程师和技术人员学会。
Holweck对真空和科学的贡献是巨大的。1942年在他去世后，人们为了缅怀这位伟大的科学家在Science杂志中这样写道：他将生命献给了对自由和国家的热爱，他将激励全世界所有科学家为自由和民主事业而奋斗。
参考文献：
[1] 《分子真空泵的理论与实践》，作者：巴德纯，王晓冬；
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