低温泵

/概述  而八于真空容器中的低温表面具有抽气作用,这种利用低温表面冷凝、吸附气体  到抽气目的的泵称为低温泵。习惯上,人们把利用普冷温度(150K以上)的  低温板捕集水蒸气、有机溶剂的装置称为冷凝器;把置于泵和容器之间的液氮、液  态空气温度(80K以下)的低温板,用以捕集泵的返流蒸气的装置,称为冷阱或  低温挡板;只有低温板的温度在20K以下的抽气装置才称为低温泵。  最早人们用液氮温度的低温挡板来捕集扩散泵的油(汞)蒸气,这种方法可以  把扩散泵的极限压力提高1~2数量级。但是要利用低温板来抽除真空系统中的常  见气体(氮、氧、一氧化碳等)就需要液氢温度(20.4K)以下的低温,要抽除  氢、氖等气体就需要4K以下的低温。常见气体中,氮的饱和蒸气压最高,4.2K  时的饱和压力为1atm(latm=101325Pa),仅靠低温板抽除氦就非常困难。  现代液氦制冷机,已经达到相当高的水平,液化效率高,能自动地长期连续运  转,特别是微型制冷机的出现,为制冷机低温真空泵的发展奠定了良好的基础。  1957年,拉沙雷夫( Lasarew)和帕利( Baily)最早把极低温应用于低温泵。现代  的低温泵,为了能在10~20K的温度范围内抽除所有气体,在低温板上涂敷活性炭、分子筛等吸气剂,极大地改善了低温泵的抽气性能。
低温抽气的基本原理是气体在低温板表面上的冷凝、吸附和低温捕集。低温冷凝是指空间被抽气体压力高于冷凝板对应的饱和蒸气压时,就能不断地将气体冷凝在低温板上。低温冷凝的限制是气体压力一旦达到它的饱和蒸气压时,抽气便停止。要想获得更低的压力,需要采用低温吸附抽气手段,如果低温表面能保持单分子层的覆盖度很小的话,那么表面的饱和压力可降低到自身的冷凝物蒸气压的
24低温  10-1-10-12倍。图2-42所示为低压下氢在椰壳活性炭上的吸附,不同温度下的饱  和吸附容量差异很大,在低压下,吸附容量随压力线性降低,意味看吸附位越来越  多地被占据,压力就不断升高,在淀积几个单分子层后,吸附容量就达到极限,如  果此时气体压力高于饱和蒸气压,就开始出现凝结现象,吸附层厚度随抽气时间增  加,最大淀积层厚度受限于淀积层表面温度和周围高温表面热辐射。