Kriopumpa je vakuumska pumpa koja koristi površinu niske temperature za kondenzaciju plina, također poznata kao pumpa kondenzata. Kriopumpa je vakuumska pumpa s najnižim krajnjim tlakom i najvećom brzinom pumpanja za postizanje čistog vakuuma. Naširoko se koristi u istraživanju i proizvodnji poluvodiča i integriranih sklopova, kao iu istraživanju molekularnih zraka, opremi za vakuumsko premazivanje, instrumentima za analizu vakuumske površine, ionskim implantatorima i svemirskim simulacijama. uređaji, itd.
Princip pumpanja je opremljen hladnom pločom koja se hladi na vrlo nisku temperaturu tekućim helijem ili hladnjakom u kriopumpici. Kondenzira plin i održava tlak pare kondenzata ispod krajnjeg tlaka pumpe, kako bi se postigao učinak pumpanja. Glavne funkcije niskotemperaturnog crpljenja su niskotemperaturna kondenzacija, niskotemperaturna adsorpcija i niskotemperaturno hvatanje.
①Kondenzacija na niskim temperaturama: molekule plina kondenziraju se na površini hladne ploče ili na sloju kondenziranog plina, a ravnotežni tlak u osnovi je jednak tlaku pare kondenzata. Prilikom pumpanja zraka, temperatura hladne ploče mora biti niža od 25K; kod pumpanja vodika niža je temperatura hladne ploče. Debljina sloja niskotemperaturne kondenzacije i ekstrakcijske kondenzacije može doseći oko 10 mm.
②Adsorpcija na niskim temperaturama: molekule plina adsorbiraju se na površini adsorbensa obloženog hladnom pločom debljine monomolekularnog sloja (redoslijed 10-8 cm). Ravnotežni tlak za adsorpciju mnogo je niži od tlaka pare pri istoj temperaturi. Na primjer, tlak pare vodika pri 20K jednak je atmosferskom tlaku, a adsorpcijski ravnotežni tlak niži je od 10-8 Pa kada aktivni ugljen od 20K apsorbira vodik. To omogućuje crpljenje kriogenom adsorpcijom na višim temperaturama.
③Kriogeno hvatanje: Molekule plina koje se ne mogu kondenzirati na temperaturi ekstrakcije su zatrpane i adsorbirane rastućim slojem plina koji se može kondenzirati.
Općenito govoreći, krajnji tlak pumpe je tlak pare kondenziranog plina na temperaturi hladne ploče. Kada je temperatura 120 K, tlak pare vode već je niži od 10-8 Pa. Kada je temperatura 20 K, osim za helij, neon i vodik, tlak pare ostalih plinova također je niži od {{3} } Pa. Međutim, zbog različitih temperatura pumpanog spremnika i kriogene hladne ploče, krajnji tlak pumpe viši je od tlaka pare kondenzata. Za posudu na sobnoj temperaturi, s kriopanelom od 20 K, krajnji tlak pumpe je oko 4 puta veći od tlaka pare kondenzata.
Tipske kriopumpe dijele se na dvije vrste: injekcione kriopumpe s tekućim helijem i kriopumpe zatvorenog kruga s plinskim helijem u hladnjaku.
①Kriopumpa s ubrizganim tekućim helijem: uglavnom se sastoji od spremnika s tekućim helijem, tijela pumpe i šupljine s tekućim dušikom spojene na pregradu. Kako bi se smanjila potrošnja tekućeg helija, vanjska stijenka spremnika s tekućim helijem ima dvoslojnu toplinsku izolaciju i prazni se između.
Kada se pumpa prethodno pumpa na tlak od 10-6 Pa, u nju se ulije tekući dušik i tekući helij, a plin kondenzira na radnoj hladnoj ploči od 4,2 K. Nakon predpumpanja, parcijalni tlak helija i vodika je reda veličine 10-12 Pa, tako da crpka može postići krajnji tlak ispod 10-11 Pa. Ako se spremnik s tekućim helijem isprazni i dekompresira na 6650 Pa, temperatura tekućeg helija može se smanjiti na 2,3 K i može se postići donji granični tlak.
②Kriogena pumpa zatvorenog kruga hladnjaka s plinskim helijem: To je nova vrsta kriogene pumpe koja se pojavila 1970-ih (na slici). Ova pumpa ne troši helij, jednostavna je za rukovanje, laka za održavanje i sve se više koristi. Rashladni medij hladnjaka je plin helij, temperatura primarne hladne ploče je 50-100K, koja služi za kondenzaciju vodene pare i prethodno hlađenje ostalih plinova; temperatura sekundarne hladne ploče je 10-20K, koja se koristi za kondenzaciju dušika, kisika i argona i drugih plinova.
Unutarnja površina sekundarne hladne ploče presvučena je aktivnim ugljenom. Specifična površina aktivnog ugljena je 500-2500 m2/g i ima jak adsorpcijski kapacitet za helij, neon i vodik na niskim temperaturama. Hladna ploča izrađena je od bakra bez kisika, a površina je polirana do razine zrcala kako bi se smanjila emisivnost. Krajnji tlak crpke je 10-7 ~ 10-8 Pa, raspon radnog tlaka je 10-1 ~ 10-7 Pa, a tlak prije pumpanja mora biti 1 Pa .
Brzina pumpanja gotovog proizvoda dosegla je 60,000 litara/sekundi (1 litra=10-3 m3). Osim toga, prema karakteristikama procesa, hladna ploča za ekstrakciju zraka može se postaviti u spremnik s pumpom, a brzina ekstrakcije zraka može doseći više od 106 litara/sekundi.
Nisko toplinsko opterećenje Toplinsko opterećenje uljne pumpe uglavnom je kondenzacijska toplina plina i toplina zračenja okolnog zida okrenutog prema radnoj hladnoj ploči. Toplina kondenzacije povezana je s vrstom plina. Za dušik pri 80K i 133,322 Pa litara, kondenzacijska toplina na hladnoj ploči od 20K je 0.3-0.6 džula.
Toplina zračenja koju prima radna hladna ploča proporcionalna je razlici između 4. potencije temperature okolne zidne ploče i temperature radne hladne ploče. Stoga su radne ploče za hlađenje od 4,2K i 20K zaštićene 50-100K pločama za hlađenje kako bi se smanjila toplina zračenja koju primaju radne ploče za hlađenje.