Эффузионная камера

Основной частью установок метода Кнудсена является эффузионная камера, в которую помещено исследуемое вещество. Оно представляет собою небольшой обычно цилиндрический сосуд диаметром 10—50 мм, высотой 10—80 мм, с небольшим отверстием диаметром 0,2—2,0 мм. Размеры камеры и эффузионного отверстия подбирают таким образом, чтобы были обеспечены условия равновесия между конденсированной фазой и паром. Материал камеры не должен взаимодействовать с исследуемым веществом как в конденсированном так и в парообразном состоянии. Давление пара материала камеры во всем изучаемом температурном интервале должно быть на несколько порядков ниже давления пара вещества. Конструкция эффузионпой камеры и способ ее нагрева должны обеспечивать равномерное распределение тепла по всему объему камеры. В частности, не должно быть охлаждения или перегрева диафрагмы, так как скорость эффузии в значительной степени определяется температурой диафрагмы. Измеряемая температура должна соответствовать температуре исследуемого вещества в камере. Размеры камеры и эффузионного отверстия должны обеспечивать наличие в камере пасыщенного пара.

Первое затруднение решается для каждого конкретного случая индивидуально подбором соответствующего материала. Если сталь, молибден или тантал недостаточно инертны по отношению к данному исследуемому веществу, то оно может быть помещено в чашечку из инертного материала, например, платины, никеля, керамики и т. п., которая в свою очередь вставляется в эффузионную камеру, изготовленную из молибдена. В этом случае диафрагма камеры также изготовляется из того же материала, что и чашечка. Для устранения затруднений, связанных с летучестью материала камеры, целесообразно изготовлять последнюю из молибдена или тантала, а в отдельных случаях — из стали (для низких температур). Форма камеры и деталей ее устройства приспосабливается к конкретным условиям нагрева. Длина камеры делается достаточной для того, чтобы не был ощутим отток тепла по термопаре, вводимой в глубь камеры. Для равномерности нагрева камеры и диафрагмы верхнюю часть камеры следует делать в виде конуса. Приварная диафрагма неудобна, и при такой конструкции трудно достигнуть равенства температур вещества и диафрагмы вблизи отверстия, что может привести к конденсации пара внутри камеры у отверстия диафрагмы и выползанию сконденсировавшегося вещества через отверстие путем поверхностной диффузии, что в свою очередь приводит к завышению результатов по давлению пара. Размеры эффузионного отверстия должны быть в несколько сот раз меньше внутреннего диаметра камеры. Это дает гарантию в том, что давление в камере близко к давлению насыщенного пара вещества.