Оглавление:
Криогенный насос или крионасос представляет собой вакуумный агрегат, который захватывает газы и пары, конденсируя их на холодной поверхности, но только эффективен для некоторых газов. Эффективность зависит от температуры замерзания и кипения газа относительно температуры криозона. Они иногда используются для блокировки определенных загрязняющих веществ, например, перед диффузионным насосом для улавливания обратного потока масла или перед датчиком для предотвращения попадания воды. Для выполнения данной функции они называются криократом, водяной помпой, хотя физический механизм такой же, как для криогенного.
Крионасос также может относиться к несколько другому эффекту, когда молекулы будут увеличивать свое время пребывания на холодной поверхности без фактического замораживания (переохлаждения). Происходит замедлительный процесс между молекулой, падающей на поверхность и отскакивающей от нее. Кинетическая энергия будет потеряна, когда молекулы замедлят процесс падения на поверхность. Например, водород не будет конденсироваться при 8 К. Это эффективно задерживает молекулы в течение длительного периода времени и тем самым удаляет их из вакуумной среды, как и криоконденсация.
Принцип работы крионасосов
Крионасосы обычно охлаждают сжатым гелием, хотя они могут также использовать сухой лед, жидкий азот или автономные версии, которые могут включать встроенный криокулер. Перегородки часто прикрепляются к холодной головке, чтобы расширить площадь поверхности, доступную для конденсации. Но также увеличивают радиационное поглощение тепла криогенным насосом. Со временем поверхность в конечном итоге насыщается конденсатом, и, следовательно, скорость откачки постепенно падает до нуля. Он будет удерживать захваченные газы, пока остается холодным, но к тому же не будет конденсировать свежие газы от утечек или обратного потока, пока не будет регенерирован. Насыщение происходит очень быстро в низких вакуумах, поэтому криопопы обычно используются только в системах с высоким или сверхвысоким вакуумом.
Криогенный насос обеспечивает быструю и чистую подачу всех газов в диапазоне 10-3-10-9 Торр. Криогенный насос работает по принципу того, что газы могут конденсироваться и выдерживаться при чрезвычайно низких давлениях пара, обеспечивая высокую скорость и способность пропуска пара. Холодная головка состоит из двухступенчатого цилиндра (часть вакуумного сосуда) и узлов вытеснителя привода. Они вместе обеспечивают охлаждение с замкнутым циклом при температурах, которые колеблются от 60 до 80K исключительно для первой ступени холодной станции, а вот для второй ступени до 10-20K.
Разновидность агрегатов и их функции
Некоторые криогенные насосы имеют несколько ступеней при различных низких температурах, причем внешние ступени защищают самые холодные внутренние ступени. На внешних стадиях конденсируются высококипящие газы, такие как преобладают вода и масло, что позволяет сэкономить площадь поверхности и холодильную способность внутренних стадий для газов с более низкой точкой кипения, таких как азот.
По мере снижения температуры охлаждения при использовании сухого льда может быть захвачен жидкий азот, затем сжатый гелий, а также более низкомолекулярные газы. Захват азота, гелия и водорода требует чрезвычайно низкой температуры (~ 10 К) и большой площади поверхности. Даже при этой температуре более легкие газы гелия и водорода имеют очень низкую эффективность улавливания и являются преобладающими молекулами в системах сверхвысокого вакуума.
Как правило, криопасты часто сочетаются с сорбционными насосами, покрывая холодную головку высоко адсорбирующими материалами, такими как активированный уголь или цеолит. По мере того, как сорбент насыщается, эффективность сорбционного насоса снижается, но его можно заряжать путем нагревания цеолитного материала (предпочтительно в условиях низкого давления) до выхода из него. Температура пробоя пористой структуры цеолитного материала может ограничивать максимальную температуру, которую он может нагревать до регенерации.
Сорбционные насосы представляют собой тип криогенного насоса, который часто используется в качестве черновых насосов для снижения давления в диапазоне от атмосферного до порядка 0,1 Па (10-3 торр), а более низкие давления достигаются с помощью финишного насоса.
