+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Принцип работы криогенного насоса - конденсация

Вода относительно легко улавливается криогенными поверхностями. При 130 К достигается равновесное давление пара !0~ю Торр, обеспечивающее почти 100%-ную эффективность откачки до значений давления ниже 10-10 Торр. Поверхность с температурой ниже 113 К обеспечивает эффективность больше 99% при откачке до давления ниже 10" Торр. Следовательно, функционирование поверхности криогенного насоса в диапазоне от 65 до 90 К характеризуется 100%-ной эффективностью при откачке воды и газов с высокой молекулярной массой, а также паров в любой вакуумной системе. Температура ниже 20 К необходима для конденсации азота, кислорода, аргона и большинства других конденсируемых газов. При этой температуре конденсаты представляют собой плотные твердые вещества, подобные льду. Следует отметить, что нецелесообразно конденсировать водород, гелий и неон даже при температурах в диапазоне от 6 до 20 К. Эти три газа должны откачиваться специальными адсорбирующими поверхностями внутри крионасоса. Для всех других газов, однако, поверхности конденсации в диапазоне от 10 до 20 К обеспечивают 100%-ную эффективность откачки при постоянной скорости на протяжении всего диапазона - от давления ниже 10-10 Торр до давления выше 10-4 Торр. По мере повышения давления и достижения 10-3 Торр быстрота действия увеличиваются приблизительно на 20-40% вследствие появления переходного потока. В большинстве случаев применения быстрота действия крионасоса может считаться постоянной при всех значениях давления.

Процесс конденсации требует отвода теплоты газа через соприкосновение его молекул с холодными поверхностями. Следует отметить, что количество теплоты, удаляемой из газов при температуре, близкой к комнатной, весьма низкое. Для азота конверсия газа при 300 К в твердое вещество при 20 К - это сложный, хотя и мгновенный процесс.

Общее количество теплоты конденсации азота

Процесс охлаждения

Количество теплоты (калории/моль)

Газ охлаждается от 300 К до 77 К

1600

Сжижение газа при 77 К

1300

Охлаждение жидкости от 77 до 63 К

189

Переход жидкости в твердое состояние 1

172

Охлаждение твердого вещества 1 от 63 К до 36 К

267

Переход твердого вещества 1 в твердое вещество 11

54

Охлаждение твердого вещества II до 20 К

123

Итого

3700

Это соответствует приблизительно 1 Вт энергии, который требуется отвести для охлаждения каждых 100 см3/мин азота в систему, что приблизительно соответствует потоку в системе ионного распыления при 2x10-3 Торр. Для одного и того же насоса, работающего в диапазоне 10-6 Торр или ниже, общая нагрузка конденсации меньше 1 милливатта. Именно по этой причине даже очень большие крионасосы могут конструироваться с относительно небольшой охлаждающей способностью при 20 К и ниже. Для совершения же механической работы по перемещению 100 см3/мин (0,2 Торр л/сек) газа в вакуумной системе требуется мощность, равная только приблизительно 30 милливатт.
Часто бывает целесообразно контролировать рабочую температуру криопанелей и экрана теплового излучения при заранее заданном значении. Как правило, температура устанавливается в диапазоне от 65 до 90 К для того, чтобы предотвратить частичную адсорбцию Ar, N2, СО и других газов на элементах криопанелей первой ступени. Например, температура первой ступени может падать до 40-50 К в криогенном насосе при очень низких тепловых нагрузках. Если насос затем используется для ионного распыления аргона при 10-3Торр, некоторая часть аргона адсорбируется в виде очень тонкого слоя на поверхностях впускного массива криопанелей. Когда газовый поток выключается в конце процесса, давление камеры может в течение долгого времени восстанавливаться до диапазона 10-6 - 10-7 Торр по мере того, как слегка адсорбированный газ выделяется из криопанелей. Присутствие толстого слоя водного льда на криопанелях может ухудшить проблему из-за большей эффективной площади поверхности микрокристаллических конденсатов льда. Повышение температуры массива криопанелей первой ступени до диапазона 65-90 К сокращает адсорбцию Ar и ускоряет восстановление давления до базовых значений.В принципе температура первой ступени в диапазоне 90-105 К необходима для некоторых процессов, в которых требуются повторяющиеся циклы перепада давления в пределах большого диапазона. Однако поскольку первая и вторая ступени охладителя имеют термодинамическую связь, обычно не представляется возможным довести температуру первой ступени до таких высоких значений, не повысив также температуру второй ступени значительно выше оптимального диапазона 10-14 К.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.