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极高真空液氦冷凝泵的特性及工作寿命

发布时间:2015年12月18日 09:34   阅读:3138   返回   来源:泽德
  极高真空液氦冷凝泵,是指用低温介质液氦将固体表面冷却到低于三相点4.2K时,使三相点高于这一温度的气体分子被冷凝在该低温表面上,从而产生很大抽气作用的泵。其抽气过程基本上是物理吸附机制。极高真空液氦冷凝泵具有一系列显著的特点:
  ①在10-12~10-1 Pa这样一个宽的压力范围内都具有较大的抽速,其比抽速可接近理论抽速。
  ②极限压力低,可达10-12Pa以下。
  ③除氦气外,抽气无选择性。
  ④抽气能力大,抽气量在理论上没有限制。
  ⑤极清洁,真空系统不会受到泵液的污染。
  ⑥能够完全再生。
  ⑦无振动、无噪声、无电磁场干扰等。
  2.泵的工作寿命
  要使极高真空液氦冷凝泵具有实际应用价值,必须提高泵的工作寿命,即一次充入液氦后的消耗时间。由于液氦本身的焓值极低,加之液氦冷凝泵结构较为复杂,若不采取有效的屏蔽和保护措施,液氦的耗量将是十分可观的,其工作寿命只有几小时或几天。这会给使用、操作等带来一系列麻烦。特别是系统长时间连续运转时,由于泵工作寿命的限制,将产生致命的弱点。
  设计一台实际应用的极高真空液氦冷凝泵,首先应该考虑的问题是如何克服冷凝氢气的“反常特性”和如何提高泵的工作寿命。
  从提高泵工作寿命的角度来看,主要是减小泵的热负荷、降低液氦的消耗。根据热力学原理,应采取如下措施:
  ①低温抽气表面用涂黑的液氮冷障板加以屏蔽,减小杂散辐射热的影响。
  ②整个液氦冷凝器的周围由表面镀银的液氮容器壁包围着,降低对液氮壁远红外辐射能量的吸收。
  ③在液氦冷凝器内、外圆筒壁之间的夹层里充入一定量的氖气,并加以密封。当夹层温度高于20K时,氖气气化,蒸气压升高,起到一种良好的气体热传导作用,从而能充分利用冷却泵时蒸发的冷氦气的潜热使外筒壁很快冷却;当夹层温度低于20K时,氖气发生凝结并造成夹层空间良好的真空状态,从而能提供所希望的热绝缘以提高夹层的隔热效果。
  ④在液氦冷凝器外壁和液氮容器内壁之间装设一防辐射屏,外侧镀银内侧涂黑,并由蒸发的冷氦气加以冷却,屏的温度可达30K左右,从而大大减小了液氮容器内壁的辐射热负荷。
  ⑤冷凝泵颈管材料应选热传导率低而机械强度高的材料。同时,在设计过程中应尽量减小颈管壁厚而增加其长度,以最大限度地减小固体热传导损失。
  ⑥颈管内壁必须涂黑,以减小室温热辐射的进入。计算表明,涂黑颈管与完全镜面反射颈管的室温辐射传输量约相差3个数量级之多。
 

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