極高真空液氦冷凝泵的特性及工作壽命
發布時間：2015年12月18日 09:34 閱讀：5139
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澤德
極高真空液氦冷凝泵，是指用低溫介質液氦將固體表面冷卻到低于三相點4.2K時，使三相點高于這一溫度的氣體分子被冷凝在該低溫表面上，從而產生很大抽氣作用的泵。其抽氣過程基本上是物理吸附機制。極高真空液氦冷凝泵具有一系列顯著的特點：
①在10-12～10-1 Pa這樣一個寬的壓力范圍內都具有較大的抽速，其比抽速可接近理論抽速。
②極限壓力低，可達10-12Pa以下。
③除氦氣外，抽氣無選擇性。
④抽氣能力大，抽氣量在理論上沒有限制。
⑤極清潔，真空系統不會受到泵液的污染。
⑥能夠完全再生。
⑦無振動、無噪聲、無電磁場干擾等。
2.泵的工作壽命
要使極高真空液氦冷凝泵具有實際應用價值，必須提高泵的工作壽命，即一次充入液氦后的消耗時間。由于液氦本身的焓值極低，加之液氦冷凝泵結構較為復雜，若不采取有效的屏蔽和保護措施，液氦的耗量將是十分可觀的，其工作壽命只有幾小時或幾天。這會給使用、操作等帶來一系列麻煩。特別是系統長時間連續運轉時，由于泵工作壽命的限制，將產生致命的弱點。
設計一臺實際應用的極高真空液氦冷凝泵，首先應該考慮的問題是如何克服冷凝氫氣的“反常特性”和如何提高泵的工作壽命。
從提高泵工作壽命的角度來看，主要是減小泵的熱負荷、降低液氦的消耗。根據熱力學原理，應采取如下措施：
①低溫抽氣表面用涂黑的液氮冷障板加以屏蔽，減小雜散輻射熱的影響。
②整個液氦冷凝器的周圍由表面鍍銀的液氮容器壁包圍著，降低對液氮壁遠紅外輻射能量的吸收。
③在液氦冷凝器內、外圓筒壁之間的夾層里充入一定量的氖氣，并加以密封。當夾層溫度高于20K時，氖氣氣化，蒸氣壓升高，起到一種良好的氣體熱傳導作用，從而能充分利用冷卻泵時蒸發的冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻；當夾層溫度低于20K時，氖氣發生凝結并造成夾層空間良好的真空狀態，從而能提供所希望的熱絕緣以提高夾層的隔熱效果。
④在液氦冷凝器外壁和液氮容器內壁之間裝設一防輻射屏，外側鍍銀內側涂黑，并由蒸發的冷氦氣加以冷卻，屏的溫度可達30K左右，從而大大減小了液氮容器內壁的輻射熱負荷。
⑤冷凝泵頸管材料應選熱傳導率低而機械強度高的材料。同時，在設計過程中應盡量減小頸管壁厚而增加其長度，以最大限度地減小固體熱傳導損失。
⑥頸管內壁必須涂黑，以減小室溫熱輻射的進入。計算表明，涂黑頸管與完全鏡面反射頸管的室溫輻射傳輸量約相差3個數量級之多。
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