Una criopompa è una pompa per vuoto che utilizza una superficie a bassa temperatura per condensare il gas, nota anche come pompa per condensa. La criopompa è la pompa per vuoto con la pressione finale più bassa e la portata di pompaggio più alta per ottenere un vuoto pulito. È ampiamente utilizzato nella ricerca e produzione di semiconduttori e circuiti integrati, nonché nella ricerca sui fasci molecolari, nelle apparecchiature di rivestimento sottovuoto, negli strumenti di analisi delle superfici sottovuoto, negli impiantatori ionici e nelle simulazioni spaziali. dispositivi, ecc.
Il principio di pompaggio è dotato di una piastra fredda raffreddata a una temperatura molto bassa dall'elio liquido o da un frigorifero nella criopompa. Condensa il gas e mantiene la tensione di vapore della condensa al di sotto della pressione massima della pompa, in modo da ottenere l'effetto di pompaggio. Le funzioni principali del pompaggio a bassa temperatura sono la condensazione a bassa temperatura, l'adsorbimento a bassa temperatura e la cattura a bassa temperatura.
①Condensazione a bassa temperatura: le molecole di gas sono condensate sulla superficie della piastra fredda o sullo strato di gas condensato e la pressione di equilibrio è sostanzialmente uguale alla tensione di vapore della condensa. Quando si pompa aria, la temperatura della piastra fredda deve essere inferiore a 25K; quando si pompa idrogeno, la temperatura della piastra fredda è inferiore. Lo spessore dello strato di condensazione a bassa temperatura e di estrazione della condensa può raggiungere circa 10 mm.
②Adsorbimento a bassa temperatura: le molecole di gas vengono adsorbite sulla superficie dell'adsorbente rivestito sulla piastra fredda con uno spessore di uno strato monomolecolare (ordine 10-8 cm). La pressione di equilibrio per l'adsorbimento è molto inferiore alla tensione di vapore alla stessa temperatura. Ad esempio, la tensione di vapore dell'idrogeno a 20 K è uguale alla pressione atmosferica e la pressione di equilibrio di adsorbimento è inferiore a 10-8 Pa quando il carbone attivo a 20 K assorbe l'idrogeno. Ciò consente di eseguire il pompaggio per adsorbimento criogenico a temperature più elevate.
③ Intrappolamento criogenico: le molecole di gas che non possono essere condensate alla temperatura di estrazione vengono sepolte e adsorbite dallo strato crescente di gas condensabile.
In generale, la pressione ultima della pompa è la tensione di vapore del gas condensato alla temperatura della piastra fredda. Quando la temperatura è di 120 K, la tensione di vapore dell'acqua è già inferiore a 10-8 Pa. Quando la temperatura è di 20 K, ad eccezione di elio, neon e idrogeno, anche la tensione di vapore di altri gas è inferiore a {{3} } Pa. Tuttavia, a causa delle diverse temperature del contenitore pompato e della piastra fredda criogenica, la pressione finale della pompa è superiore alla tensione di vapore della condensa. Per un recipiente a temperatura ambiente, con un cryopanel di 20K, la pressione finale della pompa è circa 4 volte la tensione di vapore del condensato.
Le criopompe di tipo si dividono in due tipi: criopompe ad elio liquido ad iniezione e criopompe per frigorifero ad elio a gas a circuito chiuso.
①Criopompa ad elio liquido iniettato: è composta principalmente da un contenitore di elio liquido, un corpo pompa e una cavità di azoto liquido collegata a un deflettore. Al fine di ridurre il consumo di elio liquido, la parete esterna del contenitore di elio liquido adotta una parete di isolamento termico a doppio strato ed è evacuata nel mezzo.
Quando la pompa viene pre-pompata a una pressione di 10-6 Pa, vi vengono versati azoto liquido ed elio liquido e il gas si condensa sulla piastra fredda di lavoro di 4,2 K. Dopo il pre-pompaggio, la pressione parziale di elio e idrogeno è dell'ordine di 10-12 Pa, quindi la pompa può ottenere la pressione finale inferiore a 10-11 Pa. Se il contenitore di elio liquido viene evacuato e decompresso per 6650 Pa, la temperatura dell'elio liquido può essere ridotta a 2,3 K e si può ottenere una pressione limite inferiore.
②Pompa criogenica del frigorifero a gas elio a circuito chiuso: è un nuovo tipo di pompa criogenica apparsa negli anni '70 (nella foto). Questa pompa non consuma elio, è facile da usare, di facile manutenzione ed è sempre più utilizzata. Il mezzo di refrigerazione del frigorifero è il gas elio, la temperatura della piastra fredda primaria è 50-100K, che viene utilizzata per condensare il vapore acqueo e preraffreddare altri gas; la temperatura della piastra fredda secondaria è 10-20K, che viene utilizzata per condensare azoto, ossigeno e argon e altri gas.
La superficie interna della piastra fredda secondaria è rivestita con carbone attivo. La superficie specifica del carbone attivo è 500-2500 m2/g e ha una forte capacità di adsorbimento per elio, neon e idrogeno a bassa temperatura. La piastra fredda è realizzata in rame privo di ossigeno e la superficie è lucidata a specchio per ridurre l'emissività. La pressione massima della pompa è 10-7 ~ 10-8 Pa, l'intervallo della pressione di esercizio è 10-1 ~ 10-7 Pa e la pressione di pre-pompaggio deve essere 1 Pa .
La velocità di pompaggio del prodotto finito ha raggiunto i 60,000 litri/secondo (1 litro=10-3 m3). Inoltre, in base alle caratteristiche del processo, la piastra fredda di estrazione dell'aria può essere sistemata nel contenitore pompato e la velocità di estrazione dell'aria può raggiungere più di 106 litri/secondo.
Basso carico termico Il carico termico della pompa dell'olio è principalmente il calore di condensazione del gas e il calore radiante della parete circostante rivolta verso la piastra fredda di lavoro. Il calore di condensazione è legato al tipo di gas. Per l'azoto a 80K e 133,322 Pa litri, il calore di condensazione su una piastra fredda da 20K è di 0.3-0.6 joule.
Il calore radiante ricevuto dalla piastra fredda di lavoro è proporzionale alla differenza tra la 4a potenza della temperatura del pannello di parete circostante e la temperatura della piastra fredda di lavoro. Pertanto, le piastre fredde funzionanti da 4,2K e 20K sono schermate con piastre fredde 50-100K per ridurre il calore radiante ricevuto dalle piastre fredde funzionanti.