En kryopump är en vakuumpump som använder en lågtemperaturyta för att kondensera gas, även känd som en kondensatpump. Kryopumpen är den vakuumpump som har det lägsta sluttrycket och den högsta pumphastigheten för att få ett rent vakuum. Det används i stor utsträckning inom forskning och produktion av halvledare och integrerade kretsar, såväl som molekylär strålforskning, vakuumbeläggningsutrustning, instrument för vakuumytanalys, jonimplantatörer och rymdsimuleringar. enheter etc.
Pumpprincipen är utrustad med en kall platta kyld till en mycket låg temperatur av flytande helium eller ett kylskåp i kryopumpen. Det kondenserar gasen och håller kondensatets ångtryck under pumpens sluttryck för att uppnå pumpeffekten. Huvudfunktionerna för lågtemperaturpumpning är lågtemperaturkondensering, lågtemperaturadsorption och lågtemperaturfångning.
①Lågtemperaturkondensering: gasmolekyler kondenseras på ytan av den kalla plattan eller på det kondenserade gasskiktet, och jämviktstrycket är i princip lika med kondensatets ångtryck. Vid pumpning av luft måste temperaturen på den kalla plattan vara lägre än 25K; vid pumpning av väte är temperaturen på den kalla plattan lägre. Tjockleken på lågtemperaturkondensations- och extraktionskondenslagret kan nå cirka 10 mm.
②Lågtemperaturadsorption: Gasmolekylerna adsorberas på ytan av adsorbenten belagd på den kalla plattan med en tjocklek av ett monomolekylärt skikt (10-8 cm ordning). Jämviktstrycket för adsorption är mycket lägre än ångtrycket vid samma temperatur. Till exempel är ångtrycket för väte vid 20K lika med atmosfärstryck, och adsorptionsjämviktstrycket är lägre än 10-8 Pa när 20K aktivt kol absorberar väte. Detta gör det möjligt att utföra pumpning genom kryogen adsorption vid högre temperaturer.
③Kryogen infångning: Gasmolekyler som inte kan kondenseras vid extraktionstemperaturen begravs och adsorberas av det växande lagret av kondenserbar gas.
Generellt sett är pumpens sluttryck ångtrycket hos den kondenserade gasen vid den kalla plattans temperatur. När temperaturen är 120K är vattnets ångtryck redan lägre än 10-8 Pa. När temperaturen är 20K, förutom helium, neon och väte, är ångtrycket för andra gaser också lägre än {{3} } Pa. Men på grund av de olika temperaturerna hos den pumpade behållaren och den kryogena kylplattan är pumpens sluttryck högre än kondensatets ångtryck. För ett kärl vid rumstemperatur, med en kryopanel på 20K, är pumpens sluttryck cirka 4 gånger kondensatets ångtryck.
Kryopumpar av typ är indelade i två typer: kryopumpar med flytande helium för injektion och kryopumpar för kylskåp med gashelium med sluten krets.
① Kryopump för injicerad flytande helium: Den består huvudsakligen av en behållare för flytande helium, en pumpkropp och en hålighet för flytande kväve ansluten till en baffel. För att minska förbrukningen av flytande helium antar ytterväggen på behållaren för flytande helium en dubbelskikts värmeisoleringsvägg och evakueras däremellan.
När pumpen förpumpas till ett tryck av 10-6 Pa, hälls flytande kväve och flytande helium i den, och gasen kondenserar på den fungerande kalla plattan på 4,2K. Efter förpumpning är partialtrycket för helium och väte i storleksordningen 10-12 Pa, så pumpen kan uppnå det slutliga trycket under 10-11 Pa. Om den flytande heliumbehållaren evakueras och dekomprimeras till 6650 Pa, temperaturen på det flytande heliumet kan sänkas till 2,3K och ett lägre gränstryck kan erhållas.
②Kryogen pump av gasheliumkylskåp med sluten krets: Det är en ny typ av kryogen pump som dök upp på 1970-talet (bilden). Denna pump förbrukar inte helium, är lätt att använda, lätt att underhålla och används allt mer. Kylmediet i kylskåpet är gashelium, temperaturen på den primära kylplattan är 50-100K, som används för att kondensera vattenånga och förkyla andra gaser; temperaturen på den sekundära kalla plattan är 10-20K, som används för att kondensera kväve, syre och argon och andra gaser.
Den inre ytan av den sekundära kylplattan är belagd med aktivt kol. Den specifika ytan för aktivt kol är 500-2500 m2/g, och det har en stark adsorptionskapacitet för helium, neon och väte vid låg temperatur. Den kalla plattan är gjord av syrefri koppar och ytan är polerad till spegelnivå för att minska emissiviteten. Pumpens sluttryck är 10-7 ~ 10-8 Pa, arbetstrycksintervallet är 10-1 ~ 10-7 Pa, och förpumpningstrycket måste vara 1 Pa .
Pumphastigheten för den färdiga produkten har nått 60,000 liter/sekund (1 liter=10-3 m3). Dessutom, enligt processens egenskaper, kan luftextraktionskallplattan anordnas i den pumpade behållaren, och luftutvinningshastigheten kan nå mer än 106 liter/sekund.
Låg värmebelastning Oljepumpens värmebelastning är främst gasens kondensationsvärme och strålningsvärmen från den omgivande väggen som är vänd mot den arbetande kylplattan. Kondensationsvärmen är relaterad till typen av gas. För kväve vid 80K och 133.322 Pa liter är kondensationsvärmen på en 20K kall platta 0.3-0,6 joule.
Strålningsvärmen som tas emot av den arbetande kalla plattan är proportionell mot skillnaden mellan 4:e potensen av temperaturen på den omgivande väggpanelen och temperaturen på den arbetande kalla plattan. Därför är 4,2K och 20K arbetande kalla plattor skärmade med 50-100K kalla plattor för att minska strålningsvärmen som tas emot av de arbetande kalla plattorna.