盘点：疫情防控中的真空应用

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      疫情发生以来，防控让一个名不经传的普通产品一举成名，它就是疫情防控的“哨兵”——非接触式红外测温仪，也就是我们每天都在用的测温枪和测温仪，它在疫情防控中发挥着无可替代的重要作用。

图1：各式红外测温设备

     实现红外测温功能的基础是黑体辐射理论，简单来说就是高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线的理论。红外线是众多不可见光线的一种，又称红外光、红外热辐射，其波长介于微波与可见光之间。非接触式红外测温仪就是利用物体的辐射能量随温度而变化的原理制成的，其中红外传感器是红外测温仪的核心组件。

图2：电磁波谱中的“红外光”区域

     红外测温仪接收目标红外辐射后的温度变化很微弱，为了使其上面的热量能够维持住，避免与空气分子进行热交换，红外传感器必须采用真空封装技术来提升灵敏度。

      尤其是热成像仪和热成像摄像头使用的高灵敏度图像传感器，需要非常高的真空度（10^-2Pa左右），一般使用分子泵作为高真空获得设备。同时，封装后的红外传感器通常使用氦质谱检漏法定量测量漏率，以检验产品是否合格。

图3：红外传感器封装的真空度需求

   抗击疫情，除了常备的口罩、酒精、护目镜外，紫外线杀菌灯也是一种有效的防疫物资。紫外线杀菌灯通常使用在易于细菌滋生的场所，例如厨房、卫生间等阴暗潮湿处，也可以用于对环境质量要求较高的空间内，例如病房、手术室等医疗场所。

      现在紫外线杀菌灯也广泛应用于一些电器产品内，例如空气净化器、厨房消毒器、衣物护理机等室内净化装置和衣物护理消毒装置上。

图4：各式紫外杀菌设备

   紫外线消毒杀菌是古老而又行之有效的方法，太阳底下晒被子就是最原始的利用紫外线除螨、消毒杀菌的案例。紫外线消毒杀菌的原理是利用适当波长的紫外线破坏微生物机体细胞中的DNA或RNA的结构，从而达到对细菌和病毒的灭活。

     相比化学杀菌消毒，紫外线杀菌的优势是杀菌效率高，灭活一般在几秒内完成，而且不产生其它化学污染物。

图5：紫外线物理杀菌灭毒区域

     紫外杀菌灯的生产制造属于电光源工业，真空技术与电光源工业有着非常紧密的联系。几乎所有的电光源产品在制造过程中都不可缺少地使用“排气”这一重要工序，而整个排气过程涉及到真空技术的所有基本环节。真空技术很大程度上决定着灯的性能和寿命。

     传统的制灯行业普遍使用油膜排气机，因为靠油密封，所以真空灯管的真空度只能做到-2mbar左右。后来高真空应用被引入制灯行业，在灯泡的抽真空过程中使用分子泵来充当主抽泵，采用这种工艺的灯管真空度可以到-5mbar。

      采用更清洁的高真空抽空工艺，灯泡内的气体分子量更稀少，封装后灯源被氧化污染的概率大大降低，从而可以有效延长紫外杀菌灯的使用寿命。

      辐照灭菌技术虽然应用广泛，但因为辐射不可见，在社会公众眼里它一直是很低调的存在。许多水果、海鲜乃至方便面、泡椒凤爪等零食的加工过程中都用到了辐照灭菌技术。

        辐照灭菌的特点是高效、快速、无残留。相比较传统的环氧乙烷灭菌，辐照灭菌最大的优势就是时间短。辐照灭菌只需一天，而环氧乙烷由于是化学熏蒸，必须对残留进行解析，一般需要十四天。在今年严重的新冠疫情爆发期，大量的口罩、隔离服的高效灭菌就只能依赖辐照灭菌技术。

       辐照灭菌的原理是将电子加速器（0.2MeV~10MeV）产生的β射线或放射性同位素产生的γ射线的能量转移给被辐照物质，通过控制辐照条件，使生物体（微生物等）受到不可恢复的损失和破坏，达到灭菌目的。

图6：辐照灭菌原理

      电子加速器是辐照灭菌装置的核心组成部分，其加速系统与真空技术紧密相关。因为带电粒子的加速过程，必须要在真空环境下进行，避免带电粒子与气体分子发生碰撞而造成能量损失。

      加速器结构对工作真空度的要求优于10-6Pa，一般通过前级泵+分子泵的两级泵组进行抽真空，达到离子泵的启动条件后，启动离子泵以保持真空室的真空度。

图7：辐照灭菌系统

      以上仅是真空技术在疫情防控过程中应用的不完全列举，随着疫情阻击战的全面化与常态化，真空技术也更广泛地应用在医疗、消杀、交通、5G通讯、智慧城市等多方环节。
     科技发展带给中国人面对疫情的勇气和希望，中科科仪将持续深耕电子光学及真空技术，进一步聚焦国家战略需求。中科科仪将始终牢记我们是国家队、国家人，心系国家事，肩扛国家责。坚守初心，勇担社会责任，加强应用研究和关键核心技术攻关，为科技强国建设做出贡献，为疫情防控贡献力量！

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