Криопомпата е вакуумна помпа, която използва повърхност с ниска температура за кондензиране на газ, известна още като кондензна помпа. Криопомпата е вакуумна помпа с най-ниско крайно налягане и най-висока скорост на изпомпване за получаване на чист вакуум. Той се използва широко в изследванията и производството на полупроводници и интегрални схеми, както и изследване на молекулярни лъчи, оборудване за вакуумно покритие, инструменти за анализ на вакуумна повърхност, йонни имплантори и космически симулации. устройства и др.
Принципът на изпомпване е оборудван със студена плоча, охлаждана до много ниска температура с течен хелий или хладилник в криопомпата. Той кондензира газа и поддържа налягането на парите на кондензата под крайното налягане на помпата, така че да се постигне изпомпващ ефект. Основните функции на нискотемпературното изпомпване са нискотемпературна кондензация, нискотемпературна адсорбция и нискотемпературно улавяне.
①Кондензация при ниска температура: газовите молекули се кондензират върху повърхността на студената плоча или върху слоя кондензиран газ, а равновесното налягане е основно равно на налягането на парите на кондензата. Когато изпомпвате въздух, температурата на студената плоча трябва да бъде по-ниска от 25K; при изпомпване на водород температурата на студената плоча е по-ниска. Дебелината на нискотемпературния кондензационен и екстракционен кондензационен слой може да достигне около 10 mm.
②Адсорбция при ниска температура: Молекулите на газа се адсорбират върху повърхността на адсорбента, покрит върху студената плоча с дебелина на мономолекулен слой (порядък 10-8 cm). Равновесното налягане за адсорбция е много по-ниско от налягането на парите при същата температура. Например налягането на парите на водорода при 20K е равно на атмосферното налягане, а адсорбционното равновесно налягане е по-ниско от 10-8 Pa, когато 20K активен въглен абсорбира водород. Това прави възможно извършването на изпомпване чрез криогенна адсорбция при по-високи температури.
③Криогенно улавяне: Газови молекули, които не могат да бъдат кондензирани при температурата на екстракция, се погребват и адсорбират от нарастващия слой кондензиращ газ.
Най-общо казано, крайното налягане на помпата е налягането на парите на кондензирания газ при температурата на студената плоча. Когато температурата е 120K, налягането на парите на водата вече е по-ниско от 10-8 Pa. Когато температурата е 20K, с изключение на хелий, неон и водород, налягането на парите на други газове също е по-ниско от {{3} } Pa. Въпреки това, поради различните температури на изпомпвания контейнер и криогенната студена плоча, крайното налягане на помпата е по-високо от налягането на парите на кондензата. За съд при стайна температура, с криопанел от 20K, крайното налягане на помпата е около 4 пъти налягането на парите на кондензата.
Типовите криопомпи се разделят на два вида: инжекционни криопомпи с течен хелий и криопомпи за хладилни газови хелиеви затворени кръгове.
①Криопомпата с инжектиран течен хелий: Състои се главно от контейнер с течен хелий, тяло на помпата и кухина с течен азот, свързана с преграда. За да се намали консумацията на течен хелий, външната стена на контейнера с течен хелий приема двуслойна топлоизолационна стена и се вакуумира между тях.
Когато помпата се изпомпва предварително до налягане от 10-6 Pa, в нея се наливат течен азот и течен хелий и газът кондензира върху работната студена плоча от 4,2K. След предварително изпомпване, парциалното налягане на хелия и водорода е от порядъка на 10-12 Pa, така че помпата може да постигне крайното налягане под 10-11 Pa. Ако контейнерът с течен хелий се евакуира и декомпресира до 6650 Pa, температурата на течния хелий може да бъде намалена до 2,3 K и може да се получи по-ниско гранично налягане.
②Криогенна помпа на газов хелиев хладилник със затворен кръг: Това е нов тип криогенна помпа, появила се през 70-те години (на снимката). Тази помпа не консумира хелий, лесна е за работа, лесна е за поддръжка и се използва все повече. Хладилната среда на хладилника е газ хелий, температурата на първичната студена плоча е 50-100K, която се използва за кондензиране на водна пара и предварително охлаждане на други газове; температурата на вторичната студена плоча е 10-20K, която се използва за кондензиране на азот, кислород и аргон и други газове.
Вътрешната повърхност на вторичната студена плоча е покрита с активен въглен. Специфичната повърхност на активния въглен е 500-2500 m2/g и има силен адсорбционен капацитет за хелий, неон и водород при ниска температура. Студената плоча е изработена от безкислородна мед, а повърхността е полирана до огледално ниво, за да се намали излъчвателната способност. Крайното налягане на помпата е 10-7 ~ 10-8 Pa, обхватът на работното налягане е 10-1 ~ 10-7 Pa, а налягането преди изпомпване трябва да бъде 1 Pa .
Скоростта на изпомпване на крайния продукт е достигнала 60,000 литра/секунда (1 литър=10-3 m3). Освен това, според характеристиките на процеса, студената плоча за извличане на въздух може да бъде разположена в изпомпвания контейнер и скоростта на извличане на въздух може да достигне повече от 106 литра/секунда.
Нисък топлинен товар Топлинният товар на маслената помпа е главно кондензационната топлина на газа и лъчистата топлина на околната стена, обърната към работната студена плоча. Топлината на кондензация е свързана с вида на газа. За азот при 80K и 133,322 Pa литра, топлината на кондензация върху 20K студена плоча е 0.3-0.6 джаула.
Лъчистата топлина, получена от работещата студена плоча, е пропорционална на разликата между 4-та степен на температурата на околния стенен панел и температурата на работната студена плоча. Следователно 4,2K и 20K работещи студени плочи са екранирани с 50-100K студени плочи, за да се намали лъчистата топлина, получена от работещите студени плочи.