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 低溫泵

/概述  而八于真空容器中的低溫表面具有抽氣作用,這種利用低溫表面冷凝、吸附氣體  到抽氣目的的泵稱為低溫泵。習(xí)慣上,人們把利用普冷溫度(150K以上)的  低溫板捕集水蒸氣、有機溶劑的裝置稱為冷凝器;把置于泵和容器之間的液氮、液  態(tài)空氣溫度(80K以下)的低溫板,用以捕集泵的返流蒸氣的裝置,稱為冷阱或  低溫?fù)醢?只有低溫板的溫度在20K以下的抽氣裝置才稱為低溫泵。  最早人們用液氮溫度的低溫?fù)醢鍋聿都瘮U散泵的油(汞)蒸氣,這種方法可以  把擴散泵的極限壓力提高1~2數(shù)量級。但是要利用低溫板來抽除真空系統(tǒng)中的常  見氣體(氮、氧、一氧化碳等)就需要液氫溫度(20.4K)以下的低溫,要抽除  氫、氖等氣體就需要4K以下的低溫。常見氣體中,氮的飽和蒸氣壓最高,4.2K  時的飽和壓力為1atm(latm=101325Pa),僅靠低溫板抽除氦就非常困難。  現(xiàn)代液氦制冷機,已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平,液化效率高,能自動地長期連續(xù)運  轉(zhuǎn),特別是微型制冷機的出現(xiàn),為制冷機低溫真空泵的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。  1957年,拉沙雷夫( Lasarew)和帕利( Baily)最早把極低溫應(yīng)用于低溫泵?，F(xiàn)代  的低溫泵,為了能在10~20K的溫度范圍內(nèi)抽除所有氣體,在低溫板上涂敷活性炭、分子篩等吸氣劑,極大地改善了低溫泵的抽氣性能。
低溫抽氣的基本原理是氣體在低溫板表面上的冷凝、吸附和低溫捕集。低溫冷凝是指空間被抽氣體壓力高于冷凝板對應(yīng)的飽和蒸氣壓時,就能不斷地將氣體冷凝在低溫板上。低溫冷凝的限制是氣體壓力一旦達(dá)到它的飽和蒸氣壓時,抽氣便停止。要想獲得更低的壓力,需要采用低溫吸附抽氣手段,如果低溫表面能保持單分子層的覆蓋度很小的話,那么表面的飽和壓力可降低到自身的冷凝物蒸氣壓的
24低溫  10-1-10-12倍。圖2-42所示為低壓下氫在椰殼活性炭上的吸附,不同溫度下的飽  和吸附容量差異很大,在低壓下,吸附容量隨壓力線性降低,意味看吸附位越來越  多地被占據(jù),壓力就不斷升高,在淀積幾個單分子層后,吸附容量就達(dá)到極限,如  果此時氣體壓力高于飽和蒸氣壓,就開始出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象,吸附層厚度隨抽氣時間增  加,最大淀積層厚度受限于淀積層表面溫度和周圍高溫表面熱輻射。