低温泵

在低温泵內設有由液氦或製冷機冷卻到極低温度的冷板。它使氣體凝結，並保持凝結物的蒸汽壓力低於泵的極限壓力，從而達到抽氣作用。低温抽氣的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。①低温冷凝：氣體分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的氣體層上，其平衡壓力基本上等於冷凝物的蒸氣壓。抽空氣時，冷板温度必須低於 25K；抽氫時，冷板温度更低。低温冷凝抽氣冷凝層厚度可達10毫米左右。②低温吸附：氣體分子以一個單分子層厚 (

釐米數量級)被吸附到塗在冷板上的吸附劑表面上。吸附的平衡壓力比相同温度下的蒸氣壓力低得多。如在 20K時氫的蒸氣壓力等於大氣壓力，用 20K的活性炭吸氫時吸附平衡壓力則低於

帕。這樣就可能在較高温度下通過低温吸附來進行抽氣。③低温捕集：在抽氣温度下不能冷凝的氣體分子，被不斷增長的可冷凝氣體層埋葬和吸附。

低温泵(3張)

一般説來，泵的極限壓力就是冷板温度下的被冷凝氣體的蒸氣壓力。温度為120K時，水的蒸氣壓已低於

帕。温度為20K時，除氦、氖和氫外，其他氣體的蒸氣壓也低於

帕。但由於被抽容器和低温冷板的温度不同，泵的極限壓力高於冷凝物的蒸氣壓。對於室温下的容器，低温板為20K時，泵的極限壓力約為冷凝物蒸氣壓力的4倍。

低温泵分為注入式液氦低温泵和閉路循環氣氦製冷機低温泵兩種。

主要由液氦容器、泵體和連接擋板的液氮腔體等部分組成。為了減少液氦消耗，液氦容器的外壁採用雙層保温壁並在其間抽成真空。當泵被預抽到

帕壓力時灌入液氮和液氦，氣體凝結在4.2K的工作冷板上。經預抽使氦氫分壓到

帕數量級，故泵可獲得

帕以下的極限壓力。如果把液氦容器抽真空減壓到6650帕，液氦温度可降到2.3K，則可得到更低的極限壓力。

它是70年代出現的新型低温泵。這種泵不消耗氦氣、操作簡便，易於維修，應用日漸廣泛。製冷機的製冷介質為氣氦，一級冷板温度為50～100K，典型應用是65K,用來冷凝水蒸汽和預冷其他氣體;二級冷板温度為10～20K，用來冷凝氮、氧和氬等氣體。在二級冷板的內表面塗以活性炭。活性炭在低温下對氦、氖和氫有很強的吸附能力。冷板由無氧銅製成，表面拋光達到鏡面程度，以減小輻射係數。泵的極限壓力為

帕，工作壓力範圍為

帕，要求預抽壓力為1帕。製成的產品抽氣速率已達60000升/秒。此外，尚可根據工藝的特點把抽氣冷板安排在被抽容器內，其抽氣速率可達到106升/秒以上。

低温泵的熱負載主要是氣體的凝結熱和周圍壁面對工作冷板的輻射熱。凝結熱與氣體種類有關，對於 80K、133.322帕·升的氮氣冷凝在20K冷板上的凝結熱為0.3～0.6焦耳。工作冷板接受的輻射熱與周圍壁面板温度和工作冷板温度兩者的4次方之差成正比。因此，4.2K和20K工作冷板均用50～100K的冷板來屏蔽，以減少工作冷板所接受的輻射熱。

立式結構：適於埋裝在地下，不會受電動機熱風、空氣温度和日照等影響，易於保冷；能降低泵的吸上高度，增加灌注頭，提高有效汽蝕餘量；立式結構還有利於排氣，使懸掛軸有足夠高度便於佈置軸封裝置，故該泵也稱為立式筒型泵。

對稱結構：泵的總體結構力求對稱佈置，以便在冷態下能均勻變形。冷頭一般採用二級機構，第一級達到80K,第二級達到温度10K。

雙層殼體：為了保冷方便和有利於輸送危險介質，通常都製成雙層殼體，內殼裏面承受泵壓，內外殼之間是吸入壓力，這樣可適當降低內殼的強度要求。外殼需做成真空夾層，已達到隔熱效果。

(1)低温泵在獲取潔淨和無油真空方面，具有其他產品無法相比的優勢。它可以作為研究其他真空泵對真空污染程度的標準；

(2)低温泵在抽除水蒸汽和其他潮濕混合氣方面具有較大抽速；

(3)低温泵在抽取輕重量分子方面也具有較大抽速；

(4)在要求大抽速的真空設備中，低温泵是最經濟的。商品化的低温泵可以在很小的口徑下提供大的抽速

(5)低温泵是基於低温吸附而工作的，不需要其他電子材料，不會有波動；

(6)在真空中無任何運動部件，高穩定性，也不會帶來密封問題；

(7)低温泵的安裝無任何方向要求；

(8)低温泵還可以進行選擇性的抽取某種氣體。

吸附材料對低温泵的工作性能具有較大的影響。單從真空獲得方面來説，一台無任何吸附劑的低温泵或許也可以滿足要求。但是，一般情況下低温泵是依靠液氦或製冷機而獲得低温的，其最低温度能達到4 K。而此時又需要低温泵抽除氦氣，因為真空檢漏會經常用到氦氣。因此，低温泵需要通過吸附材料來幫助其抽除氣體。另外，吸附材料在低温下比無吸附材料的泠凝吸附可以得到更低的平衡壓力。低温泵的工作方式是通過表面吸附而進行的，表面積越大對低温泵的工作性能越有利。因此，合適的吸附材料必須具有較大的比表面和吸附容量。對吸附材料進行表徵的物理量主要有：幾何形狀和顆粒大小分佈；表面結構；密度；比表面積；孔徑分佈、孔容和平均孔徑大小等。研究低温泵的吸附材料主要是通過以上參數的表徵而進行的 ^[1]  。