1. Принцип извлачења ваздуха
Унутар криопумпе је хладна плоча која се хлади на веома ниску температуру течним хелијумом или фрижидером. 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.
① Нискотемпературна кондензација: молекули гаса се кондензују на површини хладне плоче или на слоју кондензованог гаса, а равнотежни притисак је у основи једнак притиску паре кондензата. Када се пумпа ваздух, 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 ниској температури: Молекули гаса се адсорбују на површини адсорбента обложеном на хладној плочи са дебљином мономолекуларног слоја (реда центиметара). Равнотежни притисак за адсорпцију је много нижи од притиска паре на истој температури. Ако је притисак паре водоника једнак атмосферском притиску на 20К, равнотежни притисак адсорпције је нижи од Па када се водоник апсорбује са 20К активним угљем. 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 мањи од Па. На температури од 20К, осим хелијума, неона и водоника, притисци паре других гасова су такође нижи од 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.
2. Тип
Криопумпе су подељене у два типа: криопумпе са течним хелијумом ињекционе и гасне хелијумске криопумпе са затвореним кругом.
Криопумпа за убризгавање течног хелијума
Углавном се састоји од посуде за течни хелијум, тела пумпе и шупљине са течним азотом која је повезана са преградом. Да би се смањила потрошња течног хелијума, спољни зид посуде за течни хелијум усваја двослојни топлотноизолациони зид и евакуише се између.
Када се пумпа унапред пумпа до Па притиска, течни азот и течни хелијум се убризгавају, а гас се кондензује на радној хладној плочи од 4,2К. Након претходног пумпања, парцијални притисак хелијума и водоника је реда Па, тако да пумпа може да постигне крајњи притисак испод Па. Ако се посуда са течним хелијумом евакуише и декомпримује на 6650 Па, температура течног хелијума може може се смањити на 2,3К, а може се постићи нижи гранични притисак.
Криопумпа за фрижидер на гас са хелијумом затвореног циклуса
То је нова врста криопумпе која се појавила 1970-их. Ова пумпа не троши хелијум, лака је за руковање, лака за одржавање и све се више користи. Медијум за хлађење фрижидера је гасни хелијум, температура прве фазе хладне плоче је 50-100К, а типична примена је 65К, која се користи за кондензацију водене паре и претходно хлађење других гасова; температура хладне плоче другог степена је 10-20К, која се користи за кондензацију азота, гасова као што су кисеоник и аргон.
Унутрашња површина секундарне хладне плоче је обложена активним угљем. Активни угаљ има јак капацитет адсорпције за хелијум, неон и водоник на ниским температурама. Хладна плоча је направљена од бакра без кисеоника, а површина је полирана до нивоа огледала како би се смањила емисивност.
Крајњи притисак пумпе је Па, опсег радног притиска је Па, а притисак пре пумпања је потребан да буде 1 Па. Брзина пумпања готовог производа је достигла 60,000 литара/секунди. 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.