氣體低溫冷凝泵是利用低溫表面冷凝氣體的真空泵。泵內設有由液氦或制冷機冷卻到至低溫度的冷板。它使氣體凝結,并保持凝結物的蒸汽壓力低于泵的至大壓力,從而達到抽氣作用。低溫抽氣的主要作用是低溫冷凝、低溫吸附和低溫捕集。
低溫冷凝:氣體分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的氣體層上,其平衡壓力基本上等于冷凝物的蒸氣壓。抽空氣時,冷板溫度必須低于25K;抽氫時,冷板溫度更低。低溫冷凝抽氣冷凝層厚度可達10毫米左右。
低溫吸附:氣體分子以一個單分子層厚(厘米數量級)被吸附到涂在冷板上的吸附劑表面上。吸附的平衡壓力比相同溫度下的蒸氣壓力低得多。如在 20K時氫的蒸氣壓力等于大氣壓力,用 20K的活性炭吸氫時吸附平衡壓力則低于帕。這樣就可能在較高溫度下通過低溫吸附來進行抽氣。
低溫捕集:在抽氣溫度下不能冷凝的氣體分子,被不斷增長的可冷凝氣體層埋葬和吸附。
作為完整的抽氣系統,氣體低溫冷凝泵由兩部分組成,主體為真空泵體,第二部分為壓縮機?,F在得到廣泛應用的都是制冷機式低溫泵,其核心是低溫制冷機。
其工作基本流程為:氦氣首先被壓縮到高溫高壓狀態;再通過熱交換器被冷卻為常溫氦氣;經純化后的高純氦氣之后經汽缸完成絕熱膨脹,變成低溫氦氣。如此不斷循環,氦氣被不斷降溫,成為制冷介質-低溫氦氣。
氣體低溫冷凝泵可以獲得抽氣速率至大、至大壓力至低的清潔真空,廣泛應用于半導體和集成電路的研究和生產,以及分子束研究、真空鍍膜設備、真空表面分析儀器、離子注入機和空間模擬裝置等方面。