크라이오 펌프는 가스를 응축하기 위해 저온 표면을 사용하는 진공 펌프로, 응축수 펌프라고도 합니다. 크라이오 펌프는 깨끗한 진공을 얻기 위해 최종 압력이 가장 낮고 펌핑 속도가 가장 높은 진공 펌프입니다. 반도체 및 집적 회로의 연구 및 생산뿐만 아니라 분자 빔 연구, 진공 코팅 장비, 진공 표면 분석 장비, 이온 주입기 및 공간 시뮬레이션에 널리 사용됩니다. 장치 등
펌핑 원리는 액체 헬륨에 의해 매우 낮은 온도로 냉각된 냉각판 또는 크라이오 펌프의 냉장고를 갖추고 있습니다. 가스를 응축하고 응축수의 증기압을 펌프의 최종 압력 이하로 유지하여 펌핑 효과를 얻습니다. 저온 펌핑의 주요 기능은 저온 응축, 저온 흡착 및 저온 포획입니다.
①저온 응축: 가스 분자가 냉각판 표면이나 응축된 가스층에 응축되며 평형 압력은 기본적으로 응축수의 증기압과 같습니다. 공기를 펌핑할 때 냉각판의 온도는 25K보다 낮아야 합니다. 수소를 펌핑하면 냉각판의 온도가 낮아집니다. 저온 응축 및 추출 응축층의 두께는 약 10mm에 달할 수 있습니다.
②저온 흡착: 기체 분자는 단분자층 두께(10-8 cm 차수)로 Cold plate에 코팅된 흡착제 표면에 흡착된다. 흡착을 위한 평형 압력은 같은 온도에서 증기압보다 훨씬 낮습니다. 예를 들어, 20K에서 수소의 증기압은 대기압과 같으며 20K 활성탄이 수소를 흡수할 때 흡착 평형 압력은 10-8Pa보다 낮습니다. 이것은 더 높은 온도에서 극저온 흡착에 의한 펌핑을 수행하는 것을 가능하게 합니다.
③ 극저온 트래핑: 추출 온도에서 응축될 수 없는 가스 분자가 성장하는 응축성 가스층에 묻혀 흡착됩니다.
일반적으로 펌프의 최종 압력은 냉각판 온도에서 응축된 가스의 증기압입니다. 온도가 120K일 때 물의 증기압은 이미 10-8Pa보다 낮습니다. 온도가 20K일 때 헬륨, 네온, 수소를 제외한 다른 기체의 증기압도 {{3}보다 낮습니다. } Pa. 그러나 펌핑된 용기와 극저온 냉각판의 온도가 다르기 때문에 펌프의 최종 압력은 응축수의 증기압보다 높습니다. 20K 크라이오패널이 있는 상온 용기의 경우 펌프의 최종 압력은 응축수 증기압의 약 4배입니다.
유형 크라이오 펌프는 주입 액체 헬륨 크라이오 펌프와 폐쇄 회로 가스 헬륨 냉장고 크라이오 펌프의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
①주입형 액체헬륨 크라이오펌프 : 주로 액체헬륨용기, 펌프몸체, 배플에 연결된 액체질소 캐비티로 구성된다. 액체 헬륨의 소비를 줄이기 위해 액체 헬륨 용기의 외벽은 이중 단열 벽을 채택하고 그 사이에서 대피됩니다.
펌프가 10-6 Pa의 압력으로 사전 펌핑되면 액체 질소와 액체 헬륨이 펌프에 부어지고 가스는 4.2K의 작동 냉각판에서 응축됩니다. 사전 펌핑 후 헬륨과 수소의 분압은 10-12Pa 정도이므로 펌프는 10-11Pa 미만의 최종 압력을 얻을 수 있습니다. 액체 헬륨 용기를 비우고 감압하면 6650 Pa, 액체 헬륨의 온도를 2.3K로 낮출 수 있고 하한 압력을 얻을 수 있습니다.
②폐쇄회로 가스헬륨냉동기의 극저온펌프 : 1970년대에 등장한 신형 극저온펌프이다(사진). 이 펌프는 헬륨을 소모하지 않고 작동 및 유지보수가 용이하여 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 냉장고의 냉각 매체는 가스 헬륨이며, 기본 냉각판의 온도는 50-100K이며 수증기를 응축하고 다른 가스를 사전 냉각하는 데 사용됩니다. 2차 냉각판의 온도는 10-20K이며 질소, 산소, 아르곤 및 기타 가스를 응축하는 데 사용됩니다.
2차 냉각판의 내부 표면은 활성탄으로 코팅되어 있습니다. 활성탄의 비표면적은 500-2500m2/g이며 저온에서 헬륨, 네온, 수소에 대한 흡착력이 강합니다. 냉각판은 무산소 구리로 만들어지며 표면은 방사율을 줄이기 위해 거울 수준으로 연마됩니다. 펌프의 최종 압력은 10-7 ~ 10-8 Pa이고, 작동 압력 범위는 10-1 ~ 10-7 Pa이며, 사전 펌핑 압력은 1 Pa가 필요합니다. .
완제품의 펌프 속도는 60,000 리터/초(1 리터=10-3 m3)에 도달했습니다. 또한 공정의 특성에 따라 공기 추출 냉각판을 펌핑 용기에 배치할 수 있으며 공기 추출 속도는 초당 106리터 이상에 달할 수 있습니다.
낮은 열부하 오일 펌프의 열부하는 주로 가스의 응축열과 작업 냉각판을 향한 주변 벽의 복사열입니다. 응축열은 가스의 종류와 관련이 있습니다. 80K 및 133.322 Pa 리터의 질소의 경우 20K 냉각판의 응축 열은 0.3-0.6 줄입니다.
작동 냉각판이 받는 복사열은 주변 벽 패널 온도의 4승과 작동 냉각판 온도의 차이에 비례합니다. 따라서 4.2K 및 20K 작동 냉각판은 50-100K 냉각판으로 차폐되어 작동 냉각판이 받는 복사열을 줄입니다.