1. 공기 추출의 원리
냉동 펌프 내부에는 액체 헬륨 또는 냉장고에 의해 매우 낮은 온도로 냉각 된 냉간 플레이트가 있습니다. 그것은 가스를 응축하고 응축수의 증기압을 펌프의 궁극적 인 압력 이하로 유지하여 펌핑 효과를 얻습니다. 저온 펌핑의 주요 기능은 저온 응축, 저온 흡착 및 저온 포획입니다.
(1) 저온 응축 : 가스 분자는 냉판의 표면 또는 응축 된 가스 층에서 응축되며 평형 압력은 기본적으로 응축수의 증기압과 같습니다. 공기를 펌핑 할 때 냉판의 온도는 25K보다 낮아야합니다. 수소를 펌핑 할 때 냉판의 온도는 더 낮습니다. 저온 응축 및 추출 응축층의 두께는 약 10mm에 달할 수 있다.
(2) 저온 흡착 : 가스 분자는 단분자 층 두께 (센티미터 순서)로 차가운 판에 코팅 된 흡착제의 표면에 흡착됩니다. 흡착을 위한 평형 압력은 동일한 온도에서의 증기압보다 훨씬 낮다. 수소의 증기압이 20K에서의 대기압과 같으면 20K 활성탄으로 수소를 흡수 할 때 흡착의 평형 압력이 Pa보다 낮습니다. 이것은 더 높은 온도에서 극저온 흡착에 의한 펌핑을 수행 할 수있게합니다.
(3) 극저온 포획 : 추출 온도에서 응축 될 수없는 가스 분자는 응축 가능한 가스의 성장 층에 의해 묻혀지고 흡착됩니다.
일반적으로 펌프의 궁극적 인 압력은 콜드 플레이트의 온도에서 응축 된 가스의 증기압입니다. 온도가 120K일 때, 물의 증기압은 이미 Pa보다 낮다. 헬륨, 네온 및 수소를 제외한 20K의 온도에서 다른 가스의 증기압도 Pa보다 낮습니다.
그러나 펌핑 용기와 극저온 냉판의 온도가 다르기 때문에 펌프의 궁극적 인 압력은 응축수의 증기압보다 높습니다. 실온에서 20K의 냉동 패널이있는 용기의 경우 펌프의 궁극적 인 압력은 응축수의 증기압의 약 4 배입니다.
2. 유형
Cryopumps는 주입 형 액체 헬륨 냉동 펌프와 폐쇄 회로 가스 헬륨 냉장고 냉동 펌프의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
주입 액체 헬륨 냉동 펌프
그것은 주로 액체 헬륨 용기, 펌프 몸체 및 배플에 연결된 액체 질소 공동으로 구성됩니다. 액체 헬륨의 소비를 줄이기 위해 액체 헬륨 용기의 외벽은 이중층 단열 벽을 채택하고 그 사이에 대피합니다.
펌프가 Pa 압력으로 사전 펌핑되면 액체 질소와 액체 헬륨이 주입되고 가스는 4.2K의 작동 냉판에 응축됩니다. 사전 펌핑 후, 헬륨과 수소의 분압은 Pa 정도이므로 펌프는 Pa 이하의 궁극적 인 압력을 얻을 수 있습니다. 액체 헬륨 용기가 배기되고 6650 Pa로 압축 해제되면 액체 헬륨의 온도를 2.3K로 낮출 수 있으며 하한 압력을 얻을 수 있습니다.
폐쇄 사이클 가스 헬륨 냉장고 냉동 펌프
그것은 1970 년대에 등장한 새로운 유형의 냉동 펌프입니다. 이 펌프는 헬륨을 소비하지 않으며, 작동하기 쉽고, 유지 보수가 용이하며, 점점 더 많이 사용됩니다. 냉장고의 냉동 매체는 가스 헬륨이며, 1 단계 냉판의 온도는 50-100K이며, 전형적인 응용 분야는 수증기를 응축시키고 다른 가스를 미리 냉각시키는 데 사용되는 65K입니다. 두 번째 단계 냉판의 온도는 질소, 산소 및 아르곤과 같은 가스를 응축시키는 데 사용되는 10-20K입니다.
보조 냉판의 내부 표면은 활성탄으로 코팅되어 있습니다. 활성탄은 저온에서 헬륨, 네온 및 수소에 대한 강력한 흡착 능력을 가지고 있습니다. 차가운 판은 무산소 구리로 만들어졌으며 표면은 방사율을 줄이기 위해 거울 수준으로 연마됩니다.
펌프의 궁극적 인 압력은 Pa이고, 작동 압력 범위는 Pa이며, 사전 펌핑 압력은 1Pa 여야합니다. 완제품의 펌핑 속도는 60,000 리터 / 초에 도달했습니다. 또한 공정의 특성에 따라 공기 추출 냉간 플레이트를 펌핑 용기에 배치 할 수 있으며 공기 추출 속도는 106 리터 / 초 이상에 도달 할 수 있습니다.