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：4468
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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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