Cryopump یک پمپ خلاء است که از یک سطح با دمای پایین برای متراکم کردن گاز استفاده می کند که به عنوان پمپ میعانات نیز شناخته می شود. Cryopump پمپ خلاء با کمترین فشار نهایی و بالاترین نرخ پمپاژ برای به دست آوردن خلاء تمیز است. این به طور گسترده ای در تحقیق و تولید نیمه هادی ها و مدارهای مجتمع، و همچنین تحقیقات پرتو مولکولی، تجهیزات پوشش خلاء، ابزار تجزیه و تحلیل سطح خلاء، کاشت یون و شبیه سازی فضا استفاده می شود. دستگاه ها و غیره
اصل پمپاژ مجهز به یک صفحه سرد است که توسط هلیوم مایع یا یک یخچال در انجماد تا دمای بسیار پایین خنک می شود. گاز را متراکم می کند و فشار بخار میعانات را زیر فشار نهایی پمپ نگه می دارد تا به اثر پمپاژ برسد. عملکرد اصلی پمپاژ با دمای پایین تراکم دمای پایین، جذب درجه حرارت پایین و جذب دمای پایین است.
①تراکم دمای پایین: مولکول های گاز بر روی سطح صفحه سرد یا روی لایه گاز متراکم متراکم می شوند و فشار تعادل اساساً برابر با فشار بخار میعانات است. هنگام پمپاژ هوا، دمای صفحه سرد باید کمتر از 25K باشد. هنگام پمپاژ هیدروژن، دمای صفحه سرد کمتر است. ضخامت لایه تراکم میعان و استخراج در دمای پایین می تواند به حدود 10 میلی متر برسد.
②جذب دمای پایین: مولکولهای گاز روی سطح جاذب پوشش داده شده روی صفحه سرد با ضخامت یک لایه تک مولکولی ({0}} سانتیمتر) جذب میشوند. فشار تعادل برای جذب بسیار کمتر از فشار بخار در همان دما است. به عنوان مثال، فشار بخار هیدروژن در 20K برابر با فشار اتمسفر است و فشار تعادل جذب کمتر از 10-8 Pa است زمانی که کربن فعال 20K هیدروژن را جذب می کند. این امر انجام پمپاژ توسط جذب برودتی در دماهای بالاتر را ممکن می سازد.
③به دام انداختن برودتی: مولکول های گازی که نمی توانند در دمای استخراج متراکم شوند، توسط لایه در حال رشد گاز تراکم پذیر دفن و جذب می شوند.
به طور کلی، فشار نهایی پمپ، فشار بخار گاز متراکم شده در دمای صفحه سرد است. وقتی دما 120K باشد، فشار بخار آب از قبل کمتر از 10-8 Pa است. وقتی دما 20K باشد، به جز هلیوم، نئون و هیدروژن، فشار بخار سایر گازها نیز کمتر از {{3} است. } Pa. اما به دلیل دمای متفاوت ظرف پمپ شده و صفحه سرد برودتی، فشار نهایی پمپ از فشار بخار میعانات بیشتر است. برای یک ظرف در دمای اتاق، با یک کرایوپنل 20K، فشار نهایی پمپ حدود 4 برابر فشار بخار میعانات است.
کرایوپمپ های نوع به دو نوع تقسیم می شوند: کرایوپمپ های هلیوم مایع تزریقی و کرایوپمپ های خنک کننده هلیوم گازی مدار بسته.
①کرایوپمپ هلیوم مایع تزریقی: عمدتاً از یک ظرف هلیوم مایع، یک بدنه پمپ و یک حفره نیتروژن مایع متصل به یک بافل تشکیل شده است. به منظور کاهش مصرف هلیوم مایع، دیواره بیرونی ظرف هلیوم مایع یک دیوار عایق حرارتی دولایه اتخاذ می کند و در بین آن تخلیه می شود.
هنگامی که پمپ از قبل به فشار 10-6 Pa پمپ می شود، نیتروژن مایع و هلیوم مایع در آن ریخته می شود و گاز بر روی صفحه سرد کار 4.2K متراکم می شود. پس از پیش پمپاژ، فشار جزئی هلیوم و هیدروژن به ترتیب 10-12 Pa است، بنابراین پمپ میتواند فشار نهایی زیر 10-11 Pa را بدست آورد. اگر ظرف هلیوم مایع تخلیه و از حالت فشرده خارج شود. 6650 Pa، دمای هلیوم مایع را می توان به 2.3K کاهش داد و فشار حد پایین تر را می توان به دست آورد.
②پمپ برودتی یخچال گاز هلیوم مدار بسته: نوع جدیدی از پمپ برودتی است که در دهه 1970 ظاهر شد (تصویر). این پمپ هلیوم مصرف نمی کند، کارکرد آن آسان است، نگهداری آن آسان است و به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد. محیط تبرید یخچال گاز هلیوم است، دمای صفحه سرد اولیه 50-100K است که برای متراکم کردن بخار آب و پیش سرد کردن سایر گازها استفاده می شود. دمای صفحه سرد ثانویه 10-20 K است که برای متراکم کردن نیتروژن، اکسیژن و آرگون و سایر گازها استفاده می شود.
سطح داخلی صفحه سرد ثانویه با کربن فعال پوشیده شده است. سطح ویژه کربن فعال 500-2500 مترمربع بر گرم است و ظرفیت جذب قوی هلیوم، نئون و هیدروژن در دمای پایین دارد. صفحه سرد از مس بدون اکسیژن ساخته شده است و سطح آن تا سطح آینه صیقل داده می شود تا میزان انتشار کاهش یابد. فشار نهایی پمپ 10-7 ~ 10-8 Pa، محدوده فشار کاری 10-1 ~ 10-7 Pa است، و فشار پیش پمپاژ باید 1 Pa باشد. .
سرعت پمپاژ محصول نهایی به 60،{1}} لیتر در ثانیه (1 لیتر=10-3 متر مکعب) رسیده است. علاوه بر این، با توجه به ویژگی های فرآیند، صفحه سرد استخراج هوا را می توان در ظرف پمپ شده مرتب کرد و سرعت استخراج هوا می تواند به بیش از 106 لیتر در ثانیه برسد.
بار حرارتی کم بار حرارتی پمپ روغن عمدتاً گرمای تراکم گاز و گرمای تابشی دیواره اطراف رو به صفحه سرد کار است. گرمای میعان به نوع گاز مربوط می شود. برای نیتروژن در 8 0K و 133.322 Pa لیتر، گرمای تراکم در صفحه سرد 20K 0.3-0.6 ژول است.
گرمای تابشی دریافتی توسط صفحه سرد کار با اختلاف توان چهارم دمای پانل دیوار اطراف و دمای صفحه سرد کار متناسب است. بنابراین صفحات سرد 4.2K و 20K با صفحات سرد 50-100K محافظت می شوند تا گرمای تابشی دریافتی توسط صفحات سرد کار کاهش یابد.