軽ガスの圧縮比について教えてください

ターボ分子ポンプやドライポンプなどで、軽ガスは残るとしてもその
量は極々少量です。

例えば、空気中の水素濃度は体積比で0.5ppm、ヘリウム濃度は5.2ppm
です。この濃度が仮に10倍、100倍に濃縮されたとしても極々微量で
あることに変わりありません。

もしも、このような方法で希ガスを高濃縮できるならヘリウム
製造設備の一部に出来そうですが、この程度の濃縮が仮にできた
としても製造設備にはならない濃度です。

「軽ガスが残る」という言葉は相対的な解釈が必要で、

「極々わずかな割合ではあるが、窒素などの重い分子に比べれば
　水素などの軽い分子の方が排気率が低いため、比較すれば残る
　割合が多いと言っても間違いではない」
　
程度の意味でしょう。
「残る」＝「極々低濃度の軽ガスの一部が排気されずに残る」です。

なお、野球のボールをバットで叩けば高速でボールは飛びますが、
直径１ｍｍの砂粒をバットで叩いても高速で砂粒が飛んだりしま
せん。

ご質問が漠然としているので、何を知りたいのか測りかねるところがあるのですが・・・・・

例えば、絶対圧で0.05MPa（大気圧の半分で負圧です） の水素が入った容器から水素を大気に放出するとすれば、大気圧0.1MPaまで加圧しなくてはなりません。

つまり 0.1/0.05=2 が圧縮比です。これは取り扱うガスが空気でも水素でも変わりありません。しかし、容器内のガスをさらに抜こうとすれば分母の0.05MPaがさらに小さくなるので圧縮比は大きくなってゆきます。

説明のために、この排気をシリンダーとピストンによるポンプで行うとします。シリンダー（筒）にピストンを入れて、先ずピストンを引きぬいてピストンとシリンダーの間の空間の圧力を下げてガスを吸込み、それからピストンを押しこんでガスを大気圧まで圧縮します。

ピストンはシリンダー内を行ったり来たりしますが、ピストンの前後には0.1/0.05=2 （が圧縮比）の圧力差があります。

ピストンはシリンダー内を動くわけですので、ピストンとシリンダーの間には隙間を作らなければなりませんが、ガスがその隙間を通って流れないような工夫が必要です。

その漏れる量は、ガスが軽いほど（分子量が小さいので分子も小さい）、圧縮比が大きいほど、大きくなります。

したがって、軽ガスであっても、圧縮比が大きくても、排気しづらい。

お礼

2011/01/21 07:07

mnjohn様、ご回答ありがとうございます。
ターボ分子ポンプやドライポンプの取り説などでプロセスの為に
真空に持っていく場合に、軽ガスは残ってしまうという事を聞いた
事があり、また『気体分子に対する翼速度（翼速度比）によって排気速度が変化するため軽ガス（水素・ヘリウム）に対しては排気速度が低下する。』と
いった記述を見たのですが、意味が理解できないため質問した次第です。

ある真空状態になったとしても、Ｈ２分子などは残ったままになるのだろうか
、その原理はどういうものなのかを知りたいということです。
宜しくお願いします。

質問者