Una criopompa è una pompa a vuoto che utilizza una superficie a bassa temperatura per condensare il gas, nota anche come pompa della condensa. La criopompa può ottenere un vuoto pulito con la massima velocità di pompaggio e la pressione finale più bassa ed è ampiamente utilizzata nella ricerca e produzione di semiconduttori e circuiti integrati, nonché nella ricerca su fasci molecolari, apparecchiature di rivestimento sottovuoto, strumenti di analisi della superficie sottovuoto, ioni impiantatori e dispositivi di simulazione spaziale, ecc. aspetto.
principio di pompaggio
All'interno della criopompa c'è una piastra fredda raffreddata a una temperatura molto bassa da elio liquido o da un frigorifero. 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.
① Low temperature condensation: gas molecules condense on the surface of the cold plate or on the condensed gas layer, and the equilibrium pressure is basically equal to the vapor pressure of the condensate. When pumping air, the temperature of the cold plate must be lower than 25K; when pumping hydrogen, the temperature of the cold plate is lower. The thickness of the low-temperature condensation and extraction condensation layer can reach about 10 mm.
②Low temperature adsorption: The gas molecules are adsorbed on the surface of the adsorbent coated on the cold plate with a thickness of a monomolecular layer (in the order of centimeters). The equilibrium pressure for adsorption is much lower than the vapor pressure at the same temperature.
Se la pressione di vapore dell'idrogeno è uguale alla pressione atmosferica a 20 K, la pressione di equilibrio di adsorbimento è inferiore a Pa quando si assorbe idrogeno con carbone attivo 20 K. Ciò consente di eseguire il pompaggio mediante adsorbimento criogenico a temperature più elevate.
③Cryogenic trapping: Gas molecules that cannot be condensed at the extraction temperature are buried and adsorbed by the growing layer of condensable gas.
In generale, la pressione massima della pompa è la pressione di vapore del gas condensato alla temperatura della piastra fredda. Quando la temperatura è 120 K, la tensione di vapore dell'acqua è già inferiore a Pa. A una temperatura di 20 K, ad eccezione di elio, neon e idrogeno, anche le pressioni di vapore di altri gas sono inferiori a Pa.
Tuttavia, a causa delle diverse temperature del contenitore pompato e della piastra fredda criogenica, la pressione finale della pompa è superiore alla pressione di vapore della condensa.
Per un recipiente a temperatura ambiente, con un criopanel di 20 K, la pressione massima della pompa è circa 4 volte la pressione di vapore del condensato.