Принцип действия и классификация низкотемпературных средств откачки

Принцип действия и классификация низкотемпературных средств откачки

Действие крионасосов основано на физических явлениях, происходящих при низких температурах:

• — конденсации газов на охлаждаемых металлических поверхностях (конденсационные насосы);

• — адсорбции газов на твердых охлажденных сорбентах (адсорбционные насосы);

• — адсорбции газов на слое предварительно сконденсированного вспомогательного легкоконденсируемого газа (конденсационноадсорбционные насосы);

• — одновременной конденсации откачиваемого газа и вспомогательного легкоконденсируемого газа (криозахватные насосы);

• — поглощении газов пленками геттера, осаждаемого на криопанель насоса (криогеттерные насосы).

Принцип действия конденсационных насосов основан на конденсации газов на металлических поверхностях, охлажденных до температуры 20 К и ниже (рис. 15, а).

Принцип действия адсорбционных насосов основан на сорбции газов твердым сорбентом, нанесенным на криогенную поверхность (рис. 15, б). В адсорбционных насосах важно обеспечить хороший тепловой контакт сорбента с поверхностью, его тепловую защиту и исключить возможность загрязнения легкоконденсируемыми газами, поскольку это снижает вероятность поглощения водорода, обычно трудно удаляемого из систем. В качестве сорбентов, наносимых на поверхность криопанелей, наиболее часто используют активированный уголь, цеолиты, силикагели, оксидные пленки металлов. Физическая поверхность сорбентов на несколько порядков превышает геометрическую поверхность криопанели.

Принцип действия конденсационно-адсорбционных насосов (рис. 15, в) основан на применении другого вида сорбентов — вспомогательных легкоконденсируемых газов. В качестве вспомогательного газа используют пары воды, диоксид углерода, диоксид серы, оксид азота, пары спирта, ацетона, бензина и др. В этом случае вакуумную камеру с криопанелью, окруженной тепловыми экранами, предварительно откачивают форвакуумным и высоковакуумным насосами до возможно более низкого давления. После отсоединения насоса от камеры криопанель охлаждают и в камеру вводят вспомогательный газ, чтобы на криопанели образовался слой конденсата.

Принцип действия криозахватного насоса заключается в поглощении («криозахвате») неконденсируемых газов лекгоконденсированными газами, постоянно подаваемыми на криопанель (рис. 15, г). При откачке водорода необходим постоянный напуск большого количества диоксида углерода (50 молей на 1 моль водорода), что увеличивает тепловую нагрузку на крионасос и, следовательно, на холодильную установку. Явление криозахвата всегда сопровождает процесс конденсации многокомпонентной смеси газов. Особенно возрастает роль криозахвата при откачке водорода в непрогреваемых вакуумных системах, так как основные компоненты остаточной смеси газов этих систем — пары воды и диоксид углерода, которые способствуют криозахвату.

Принцип действия криогеттерного насоса основан на физическом и химическом связывании газов на поверхности и в объеме непрерывно наносимой на криопанель пленки химически активного вещества, в качестве которого чаще всего используют титан (рис. 15, д). По удельной сорбционной емкости криогеттерные насосы примерно в 3 раза превосходят насосы, принцип действия которых основан на сорбции пленками титана, нанесенными на поверхность при нормальной температуре. При низкой температуре миграция осаждаемых частиц геттера заторможена, поэтому образуется пористая пленка с хорошо развитой поверхностью. Для работы насосов этого типа достаточна температура 60-80 К.

В настоящее время наиболее распространены конденсационные и адсорбционные насосы.