شکل ‏۱‑۱۲: نمایش نمودار سرعت- فشار برای پمپ‌های مختلف خلأ

پمپ توربومولکولی محوری
در این بخش اهمیت مطالعه پمپ توربومولکولی و همچنین پیشینه تحقیقات صورت گرفته مورد بررسی قرار خواهد گرفت. برای ایجاد شرایط خلأ معمولاً از پمپ‌های مختلف که هر یک با بهره گرفتن از روش به خصوص و در یک محدوده فشاری معین قابلیت انجام کار دارند، استفاده می‌شود. از انواع این پمپ‌ها می‌توان به پمپ خلأ با پروانه چرخنده، پمپ دیفیوژن، پمپ کریوژنیک، پمپ یونی و پمپ‌های توربومولکولی محوری و شیاردار اشاره کرد. در خلأ‌های بالا و نیز فوق خلأ، به طور گسترده‌ای از پمپ‌های توربو‌مولکولی محوری استفاده می‌شود. مزیت استفاده از پمپ‌های توربومولکولی نسبت به پمپ دیفیوژن ایجاد خلأ عاری از هر گونه بخار روغن می‌باشد. از دیگر مزایای این پمپ می‌توان به کوتاه بودن فاصله بین روشن شدن پمپ تا رسیدن آن به سرعت نامی و نیز توان و هزینه کمتر نسبت به پمپ کریوژنیک اشاره کرد. مهم‌ترین نقاط ضعف این پمپ، پایین بودن خالص جریان عبوری، قیمت بالا و پایین بودن عملکرد آن در مقابل گازهای سبک می‌باشد. در پمپ توربو‌مولکولی محوری، چندین طبقه روتور و استاتور به طور متوالی قرار گرفته‌اند. در شکل ‏۱‑۱۳ یک طبقه از پمپ توربومولکولی شامل یک ردیف روتور و یک ردیف استاتور و در شکل ‏۱‑۱۴ طبقات مختلف یک پمپ توربومولکولی محوری به نمایش در آمده است. اساس کار این پمپ بدین صورت است که مولکول‌های جریان در قسمت ورودی به طبقه اول پره‌ها (روتور) که با سرعت بالا در حال چرخش هستند. برخورد کرده و در اثر این برخورد، مومنتوم این ذرات تغییر می‌کند. این تغییر مومنتوم به گونه‌ای است که احتمال برگشت مولکول را به سمت بالادست جریان به حداقل می‌رساند. همین عمل به هنگام ورود مولکول‌ها به تیغه‌های ثابت تکرار شده و این تیغه‌ها مولکول را به سمت طبقه‌ی بعدی هدایت می‌کند در نهایت مولکول‌ها پس از عبور از تمامی طبقه‌های پمپ به سمت خروجی پمپ هدایت می‌شوند. در این پمپ‌ها زاویه نصب پره‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شود که چنانچه مولکول‌هایی از قسمت پایین دست وارد پمپ شوند، احتمال این که به قسمت بالادست منتقل شوند ناچیز باشد.
شکل ‏۱‑۱۳: نمایش یک طبقه از پمپ‌ توربومولکولی محوری
شکل ‏۱‑۱۴: نمایش طبقات مختلف پمپ‌ توربومولکولی محوری
ضرورت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری
با توجه به کاربردهای وسیع و کلیدی فناوری خلأ در زمینه‎های مختلف علوم و صنایع ضروری است تا اقدامات گسترده و نظام‌مندی در جهت بومی‌سازی این فناوری در کشور انجام پذیرد. در این راستا، یکی از راهبردهای اصلی، گسترش تحقیق و توسعه برای طراحی و ساخت سیستم‎ها و تجهیزات مربوطه می‏باشد. با توجه به تنوع این سیستم‏ها و ضرورت تناسب این امر با نیازها و ظرفیت‎های داخلی،لازم می‌نمود تا این اولویت گذاری تحقیق و توسعه بر روی سیستم‌ها و تجهیزات خلأ به نحو منطقی‌تری صورت پذیرد. در تحقیقاتی که در [۷] ارائه شده است، ۱۶ وسیله و دستگاه از سیستم‌های خلأ انتخاب شدند و از کارشناسان مرتبط درخواست شد تا با توجه به معیارهای ارائه شده، تحقیق و توسعه بر روی آن‌ها را اولویت‎بندی نمایند. این تجهیزات و سیستم‌ها علاوه بر اینکه خود نیز به صورت مستقل مورد استفاده قرار می‎گیرند، پایه اصلی برای ساخت تجهیزات بزرگتر و تخصصی‌تر نیز می‌باشند. در مرحله‌ای دیگر برای تحقیق و توسعه معیارهایی تدوین گردید و از خبرگان این عرصه درخواست شد تا ارزش هر معیار را تعیین نموده و به هر عامل نمره‌ای بین صفر تا ۱۰ بدهند. از بررسی و تحلیل اطلاعات به دست آمده با بهره گرفتن از روش آنتروپی وزن معیارها محاسبه و در فرایند تعیین اولویت تحقیق و توسعه بر روی سیستم‌های مزبور، اعمال گردید که نتایج آن در جدول ‏۱‑۷ ارائه شده است. دستگاه‌ها و سیستم‌های انتخاب شده در این تحقیق به شرح زیر می‌باشند:
اندازه‌گیر خلأ پیرانی
اندازه‎گیر خلأ پینینگ
وسایل جانبی و درزبندها
ضخامت سنج بلور کوارتز
محفظه خلأ بالا فولادی- شیشه‌ای
پمپ خلأ پایین (چرخشی، تیغه‌ای)
پمپ توربوملکولی
پمپ جت بخار
پمپ یونی
پرتابگر الکترونی
دستگاه آب سردکن مدار بسته
سیستم لایه نشانی در خلأ
سیستم اسپاترینگ
کوره خلأ پایین
کوره خلأ بالا
نشت یاب
معیارهای تعیین اولویت تحقیق و توسعه بر روی سیستم‌های خلأ نیز به صورت زیر در نظر گرفته شدند.
میزان نیاز کشور به فناوری مربوطه
ارزش فناوری بومی شده برای کشور
میزان صرفه جویی ارزی حاصل از تولید در داخل
نقش فناوری در توسعه فناور ی‌های دیگر
امکان تولید و کسب فناوری در داخل
میزان وابستگی قطعات به خارج
امکان صدور محصولات به خارج از کشور
میزان همکاری مراکز داخلی با هم
با توجه به اینکه متخصصان مخاطب این نظرسنجی از طیف‌های مختلف صنعت، مراکز آموزشی و تحقیقاتی بوده‎اند می‎توان چنین استنباط نمود که در اولویت‎گذاری صورت گرفته برآیند ملاحظات محیط‌های فوق اعمال شده است. از این روی بر اساس این تحقیق می‎توان برنامه‌‎هایی برای تحقیق و توسعه بر روی سیستم‎ها و تجهیزات خلأ بالا تدوین نمود یا نسبت به برنامه‎های ارائه شده در این زمینه با نگاه بهتری اظهار نظر نمود. به همین منظور پیشنهاد شده است تا موضوعات تحقیق و توسعه تجهیزات و فناوری خلأ، از طرف مراکز تحقیقاتی و محققان با تجربه با در نظر گرفتن این اولویت اقدام گردد. همان‌طور که نتایج جدول ‏۱‑۷ مشاهده می‌شود مطالعه و بررسی پمپ توربومولکولی از اهمیت خاصی در میان پمپ‌ها برخوردار است. بنابراین انتخاب موضوع پایان‌نامه از لحاظ کاربردی انتخاب خوبی بوده است.
جدول ‏۱‑۷: اولویت‌های تحقیقاتی فناوری خلأ در ایران