در استفاده‌ي روزمره، خلأ حجمي از فضاست که اصولاً خالي از ماده باشد به‌گونه‌اي که فشار گاز در آن بسيار کمتر از فشار جَو باشد [1]. مي‌توان گفت مفهوم خلأ مطلق يا خلأ کامل با فشار گازِ دقيقاً صفر در آن تنها يک مفهوم فلسفي است و هرگز در عمل مشاهده نمي‌شود. فيزيکدان‌ها اغلب پيرامون نتايج آزمايشيِ ايده‌آلي بحث مي‌کنند که امکان رخ دادن در خلأ کامل را، که براي سهولت آنرا خلأ يا فضاي آزاد مي‌نامند، دارند، و هنگامي که از خلأ نسبي صحبت مي‌کنند منظورشان خلأ واقعي است.
کيفيت يک خلأ به ميزان نزديک شدن به خلأ کامل بستگي دارد. فشار گازِ مانده نشان‌دهنده‌ي اصليِ کيفيتِ خلأ است و به‌طورِ عمومي غالباً برحسب واحدي به‌نام تور (torr) يا ميليمتر جيوه اندازه‌گيري مي‌شود. فضاي خارجي و فضاي بينِ ستاره‌اي طبعاً خلأهاي داراي کيفيتِ عالي محسوب مي‌شوند که غالباً کيفيتي بسيار بهتر از کيفيتِ خلأي دارند که به‌طور تصنعي با کمک فن‌آوري امروزه مي‌توانيم بر روي زمين ايجاد کنيم. سال‌هاي زيادي است که از خلأهاي مصنوعي داراي کيفيت پايين براي مَکِش استفاده مي‌شود.
از زمان يونان قديم مکرراً از خلأ در بحث‌هاي فلسفي صحبت مي‌شد اما تا قرن 17 ميلادي به‌طور آزمايشي روي آن مطالعه نشد. توريچلي اولين آزمايشگاه خلأ را در سال 1643 ايجاد کرد، و ديگر تکنيک‌هاي آزمايشي درنتيجه‌ي نظريه‌هاي او درباره‌ي فشار جو گسترش يافت. يک خلأ توريچلي با پرکردنِ يک لوله‌ي شيشه‌اي بلند، که از يک‌طرف مسدود است، از جيوه و برگرداندنِ لوله در يک کاسه‌ي محتويِ جيوه به‌دست مي‌آيد [2].
با اختراع لامپ‌هاي روشنايي التهابي، در قرن بيستم خلأ وسيله‌ي صنعتي ارزشمندي شد، و تاکنون لامپ‌هاي خلأ و شمار وسيعي نتايج حاصل از تکنولوژي خلأ مورد استفاده‌ي ماست. پيشرفت‌هاي اخيرِ حاصل در سفرهاي فضايي انسان برانگيزنده‌ي علاقه به مطالعهي اثرهاي خلأ روي سلامتيِ انسان و به‌طور کلي روي گونه‌هاي زنده بوده است.

از خلأ در تنوع وسيعي از کاربردها و وسايل استفاده مي‌گردد. نخستين استفاده‌ي وسيعش در لامپ روشنايي التهابي براي محافظت از رشته سيمِ التهابي از سوختن و فروپاشي شيميايي بود. با ايجاد خلأ از انجام واکنش شيميايي در جوشکاريِ اشعه‌ي الکتروني، جوشکاريِ سرد، بسته‌بندي در خلأ، و سرخ کردن غذا در خلأ استفاده مي‌شود. از خلأ خيلي بالا در مطالعه‌ي مواد درسطح اتمي تميز استفاده مي‌شود زيرا تنها يک خلأ خيلي خوب سطوح در سطح اتمي تميز را براي يک زمان معقول طولاني (از مرتبه‌ي دقايق تا روزها) حفظ مي‌کند. خلأي در حد بالا تا خيلي بالا ممانعتِ هوا را مرتفع مي‌سازد و اجازه مي‌دهد تابش‌هاي ذره‌اي بنشينند يا مواد را بدون آلودگي بردارند. از اين خاصيت در نشست بخار شيميايي، نشست بخار فيزيکي، و قلم‌زدن (يا تيزاب‌کاري) خشک که در توليد نيمه‌رساناها و لايه‌گذاري‌هاي اپتيکي و علوم سطح ضروري هستند استفاده مي‌شود. کم شدنِ همرفت گرمايي بر اثر ايجاد خلأ همچون يک عايق حرارتي در بطري‌هاي فلاسک عمل مي‌کند. خلأ عميق نقطه‌ي جوش مايعات را پايين مي‌آورد و رهاسازي گازهاي گيرافتاده را در دماهاي پايين گسترش مي‌دهد که از آن در خشک کردن سرد، آماده‌سازي چسب، تقطير، متالوژي، و پاک‌سازي پروسه استفاده مي‌شود. از خواص الکتريکي خلأ در ميکروسکوپ‌هاي الکتروني و لامپ‌هاي خلأ منجمله لوله‌هاي اشعه‌ي کاتدي استفاده مي‌شود. مرتفع ساختن اصطکاک هوا در ذخيره‌ي انرژي در فلاي‌ويل و سانتريفيوژهاي فوق سريع مفيد است.
ليست موارد عمده‌ي استفاده از خلأ :
- لامپ‌هاي روشنايي
- استفاده در واحدهاي صنعتي لبني
- بسته‌بندي در خلأ
- متراکم‌ساز زباله
- آماده‌سازي چسب
- فلاسک‌ها
- پروسه‌هاي پاکسازي
- پروسه‌هاي پزشکيِ نيازمند به مَکِش
- تقطير
- استفاده در سيستم فاضلاب
- سرويس‌هاي اِرکانديشن – برداشتنِ همة آلودگي‌ها از سيستم قبل از شارژ با سردکننده
- متالوژي
- کاربرهاي پزشکي مثل راديوتراپي، راديوجراحي، و راديودارويي
- کوره‌هاي خلأ
- سرخ کردن غذا در خلأ (ماهي‌تابه‌هاي خلأ)
- راندن تعدادي از وسايل پرواز در اغلب هواپيماها
- پروسه‌هاي قالب‌ريزي پلاستيک‌هاي کامپوزيت (VRTM)
- بوسترهاي وکيو سِروُ براي ترمزهاي هيدروليک
- موتورهايي که خفه‌کننده را در سيستم‌هاي تهويه حرکت مي‌دهند
- کِشندة ساسات در سِروُمکانيسمِ کنترل سرعت
- براي کارانداختن ژيروسکوپ در وسايل پروازي مختلف در هواپيما
- لوله‌ها و لامپ‌هاي خلأ و لوله‌هاي اشعة کاتدي (CRT)
- کوتينگ (يا لايه‌گذاري) هاي خلأ براي دکور، مقاوم‌سازي، و صرفه‌جويي در انرژي
- کوتينگ‌هاي سخت براي موتور
- از بين بردن اسطکاک هوا براي ذخيرة انرژيِ فلاي‌ويل و سانتري‌فيوژهاي بسيار پرسرعت
- تجهيزات آناليز گاز، مايع، جامد، سطح، و مواد حياتي
- ميکروسکوپ الکتروني
- اسپکترومترهاي جرمي
- پروسه‌هاي نيمه هادي به‌ويژه لايه‌نشاني يوني، قلمزني خشک (مثلاً براي ساخت نيمه‌رساناها) و لايه‌نشاني PVD، ALP، PECVD و CVD و به‌زودي در فوتوليتوگرافي
- شتاب دهنده‌هاي ذره

ليست دسته‌بندي خلأ :
 

- فشار هوا، 760 تور.
- خلأ پايين، 760 تا 25 تور. (جارو برقي (600 تور)، مانومتر ستون مايع)
- خلأ متوسط، 25 تا 3-10 تور. (پمپ منفرد (با گِيج مخصوص حرارتي يا ظرفيتي اندازه‌گيري مي‌شود)، پمپ خلأ رينگ مايع (24 تور)، خشک کردنِ سرد (1 تا 1-10 تور)، پمپ خلأ پرّه گردشي (1 تا 3-10 تور)، لامپ‌هاي روشنايي (1-10 تا 2-10 تور)، بطري‌هاي فلاسک (2-10 تا 4-10 تور))
- خلأ بالا (HV)، 3-10 تا 9-10 تور. (پمپاژ چند مرحله‌اي (اندازه‌گيري با گِيج يوني)، لامپ‌هاي خلأ (7-10 تا 10-10 تور))
- خلأ خيلي بالا (UHV)، 9-10 تا 12-10 تور. (نياز به پخت محفظه و ديگر پروسه‌هاي ويژه دارد، محفظة MBE که از طريق برودتي پمپ شده است (9-10 تا 11-10 تور))

ليست دسته‌بندي پمپ‌هاي خلأ :
 

1- پمپ‌هاي جابجاييِ مطلق از يک مکانيسم براي تکرار يک حفره و اجازة ورود به گاز و درزبنديِ حفره و اخراج گازِ وارد شده به اتمسفر استفاده مي‌کنند. معمول‌ترين آنها عبارتند از پمپ پرّه گردشي، پمپ ديافراگمي، پمپ رينگِ مايع، پمپ پيستوني، پمپ پيچه‌اي، پمپ پروانه‌اي، پمپ وَنکِل، پمپ پرّه خارجي، پمپ دمندة روتس، پمپ بوستر (يک يا چند مرحله‌اي)، پمپ توپلر، و پمپ لوب.

2- پمپ هاي انتقال اندازه‌ حرکت از جهش‌هاي داراي سرعتِ زيادِ سيالِ سنگين يا پره‌هاي به‌سرعت درحالِ گردش براي ضربه زدن به مولکول‌هاي گاز به طرف بيرونِ محفظه استفاده مي‌کنند. ( کار آنها در فشارهاي کمتر از 3-10 تور ممکن است و برگشت گاز در آنها مشکل اصلي است.) پمپ‌هاي اين نوع عبارتند از ديفيوژن پمپ و توربومولکولار پمپ.

3- پمپ‌هاي تله‌اي، گازها را در يک جامد يا به‌حالتِ جذبِ سطحي گير مي‌اندازند. اين پمپ‌ها شامل پمپ‌هاي سرمايي، گِتِرها، و پمپ‌هاي يوني مي‌شوند.
(پمپ‌هاي انتقال اندازه حرکت و پمپ‌هاي تله‌اي مشکلات ويژة خود را دارند به‌ويژه در پمپاژِ مولکول‌هاي گازهاي سبک مثل هيدروژن، هليوم، و نئون مشکل دارند.)

ويژگي پمپ‌هاي خلأ به‌طور خلاصه :
 

در پمپ‌هاي نوع 1 بيشتر سرعت پمپاژ مهم است. اين پمپ‌ها قادر به خلأسازي بالايي نيستند و نهايتاً خلأ را تا 3-10 تور پايين مي‌آورند.
در پمپ‌هاي نوع 2 لازم است ابتدا از طريق دهانة خروجيِ پمپ، محوطة پمپ و محفظة خلأ توسط پمپي از نوع 1 تخليه شود تا فشار تا حد 3-10 تور پايين بيايد تا پمپ قادر به کارِ مؤثر باشد. اين پمپ‌ها به اين ترتيب خلأ بالا ايجاد مي‌کنند اما در آنها مشکلِ برگشتِ جزئيِ گاز و نيز عدمِ پمپاژِ مناسبِ گازهاي سبک وجود دارد.
در پمپ‌هاي نوع 3 مي‌توان بر مشکلاتِ پمپ‌هاي نوع 2 تاحدودي غلبه کرد و ازجمله گازهاي سبک را با گيراندازي از محفظة خلأ حذف کرد. با اين پمپ‌ها خلأهاي بهتري تا حدِ خلأ خيلي بالا، با تأمين بقية شرايطِ مربوطه، به‌دست مي‌آيد. مشکلِ آنها بسيار ويژه بودنِ آنها و سختيِ شرايط کار و عدم تکرارپذيري پمپ‌هاست.

پي نوشت ها :
 

[1] Chambers, Austin (2004). Modern Vacuum Physics. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-2438-6. OCLC 55000526
[2] How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, February 1919, Unnumbered page, Scanned by Google Books: http://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT3
 

/ن