Криопумпа је вакуум пумпа која користи површину ниске температуре за кондензацију гаса, позната и као кондензатна пумпа. Криопумпа је вакуум пумпа са најнижим крајњим притиском и највећом брзином пумпања за постизање чистог вакуума. Широко се користи у истраживању и производњи полупроводника и интегрисаних кола, као и у истраживању молекуларног снопа, опреми за вакуумско облагање, инструментима за анализу површине вакуума, имплантаторима јона и свемирским симулацијама. уређаја итд.
Принцип пумпања је опремљен хладном плочом која се хлади на веома ниску температуру течним хелијумом или фрижидером у криопумпи. Кондензује гас и одржава притисак паре кондензата испод крајњег притиска пумпе, како би се постигао ефекат пумпања. Главне функције нискотемпературног пумпања су нискотемпературна кондензација, нискотемпературна адсорпција и хватање ниске температуре.
①Кондензација на ниској температури: молекули гаса се кондензују на површини хладне плоче или на слоју кондензованог гаса, а равнотежни притисак је у основи једнак притиску паре кондензата. Приликом пумпања ваздуха температура хладне плоче мора бити нижа од 25К; при пумпању водоника температура хладне плоче је нижа. Дебљина нискотемпературног кондензационог и екстракционог кондензационог слоја може да достигне око 10 мм.
②Адсорпција на ниским температурама: Молекули гаса се адсорбују на површини адсорбента обложеном на хладној плочи са дебљином мономолекуларног слоја (редослед 10-8 цм). Равнотежни притисак за адсорпцију је много нижи од притиска паре на истој температури. На пример, притисак паре водоника на 20К је једнак атмосферском притиску, а притисак равнотеже адсорпције је нижи од 10-8 Па када 20К активни угаљ апсорбује водоник. Ово омогућава да се пумпање врши криогеном адсорпцијом на вишим температурама.
③Криогено заробљавање: Молекули гаса који се не могу кондензовати на температури екстракције су закопани и адсорбовани растућим слојем кондензованог гаса.
Уопштено говорећи, крајњи притисак пумпе је притисак паре кондензованог гаса на температури хладне плоче. Када је температура 120К, притисак паре воде је већ нижи од 10-8 Па. Када је температура 20К, осим хелијума, неона и водоника, притисак паре других гасова је такође нижи од {{3} } Па. Међутим, због различитих температура пумпаног контејнера и криогене хладне плоче, крајњи притисак пумпе је већи од притиска паре кондензата. За суд на собној температури, са криопанелом од 20К, крајњи притисак пумпе је око 4 пута већи од притиска паре кондензата.
Криопумпе типа се деле на два типа: криопумпе са течним хелијумом за убризгавање и криопумпе за фрижидер са гасом са хелијумом затвореног круга.
①Убризгана криопумпа са течним хелијумом: Углавном се састоји од посуде за течни хелијум, тела пумпе и шупљине са течним азотом повезане са преградом. Да би се смањила потрошња течног хелијума, спољни зид посуде за течни хелијум усваја двослојни топлотноизолациони зид и између њих се евакуише.
Када се пумпа унапред пумпа до притиска од 10-6 Па, у њу се сипају течни азот и течни хелијум, а гас се кондензује на радној хладној плочи од 4,2К. Након претходног пумпања, парцијални притисак хелијума и водоника је реда 10-12 Па, тако да пумпа може да постигне крајњи притисак испод 10-11 Па. Ако се посуда са течним хелијумом евакуише и декомпримује до 6650 Па, температура течног хелијума се може смањити на 2,3К, а може се добити нижи гранични притисак.
②Криогена пумпа гасног хелијумског фрижидера затвореног круга: То је нови тип криогене пумпе која се појавила 1970-их (на слици). Ова пумпа не троши хелијум, лака је за руковање, лака за одржавање и све се више користи. Расхладни медијум фрижидера је гасни хелијум, температура примарне хладне плоче је 50-100К, која се користи за кондензацију водене паре и претходно хлађење других гасова; температура секундарне хладне плоче је 10-20К, која се користи за кондензацију азота, кисеоника и аргона и других гасова.
Унутрашња површина секундарне хладне плоче је обложена активним угљем. Специфична површина активног угља је 500-2500 м2/г и има јак капацитет адсорпције за хелијум, неон и водоник на ниској температури. Хладна плоча је направљена од бакра без кисеоника, а површина је полирана до нивоа огледала како би се смањила емисивност. Крајњи притисак пумпе је 10-7 ~ 10-8 Па, опсег радног притиска је 10-1 ~ 10-7 Па, а притисак пре пумпања је потребан да буде 1 Па .
Брзина пумпања готовог производа достигла је 60,000 литара/секунди (1 литар=10-3 м3). Поред тога, према карактеристикама процеса, хладна плоча за екстракцију ваздуха може се поставити у пумпни контејнер, а брзина екстракције ваздуха може достићи више од 106 литара у секунди.
Ниско топлотно оптерећење Топлотно оптерећење пумпе за уље је углавном топлота кондензације гаса и топлота зрачења околног зида окренутог према радној хладној плочи. Топлота кондензације је повезана са врстом гаса. За азот на 80К и 133,322 Па литара, топлота кондензације на хладној плочи од 20К је 0.3-0.6 џула.
Топлота зрачења коју прима радна хладна плоча пропорционална је разлици између 4. степена температуре околног зидног панела и температуре радне хладне плоче. Због тога су радне хладне плоче од 4,2К и 20К заштићене са 50-100К хладним плочама да би се смањила топлота зрачења коју примају радне хладне плоче.