極高真空液氦冷凝泵的特性及工作壽命
發(fā)布時(shí)間：2015年12月18日 09:34 閱讀：5125
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澤德
極高真空液氦冷凝泵，是指用低溫介質(zhì)液氦將固體表面冷卻到低于三相點(diǎn)4.2K時(shí)，使三相點(diǎn)高于這一溫度的氣體分子被冷凝在該低溫表面上，從而產(chǎn)生很大抽氣作用的泵。其抽氣過程基本上是物理吸附機(jī)制。極高真空液氦冷凝泵具有一系列顯著的特點(diǎn)：
①在10-12～10-1 Pa這樣一個(gè)寬的壓力范圍內(nèi)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(dá)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(tǒng)不會(huì)受到泵液的污染。
⑥能夠完全再生。
⑦無振動(dòng)、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(shí)際應(yīng)用價(jià)值，必須提高泵的工作壽命，即一次充入液氦后的消耗時(shí)間。由于液氦本身的焓值極低，加之液氦冷凝泵結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若不采取有效的屏蔽和保護(hù)措施，液氦的耗量將是十分可觀的，其工作壽命只有幾小時(shí)或幾天。這會(huì)給使用、操作等帶來一系列麻煩。特別是系統(tǒng)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于泵工作壽命的限制，將產(chǎn)生致命的弱點(diǎn)。
設(shè)計(jì)一臺(tái)實(shí)際應(yīng)用的極高真空液氦冷凝泵，首先應(yīng)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(fù)荷、降低液氦的消耗。根據(jù)熱力學(xué)原理，應(yīng)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(gè)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(duì)液氮壁遠(yuǎn)紅外輻射能量的吸收。
③在液氦冷凝器內(nèi)、外圓筒壁之間的夾層里充入一定量的氖氣，并加以密封。當(dāng)夾層溫度高于20K時(shí)，氖氣氣化，蒸氣壓升高，起到一種良好的氣體熱傳導(dǎo)作用，從而能充分利用冷卻泵時(shí)蒸發(fā)的冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻；當(dāng)夾層溫度低于20K時(shí)，氖氣發(fā)生凝結(jié)并造成夾層空間良好的真空狀態(tài)，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(nèi)壁之間裝設(shè)一防輻射屏，外側(cè)鍍銀內(nèi)側(cè)涂黑，并由蒸發(fā)的冷氦氣加以冷卻，屏的溫度可達(dá)30K左右，從而大大減小了液氮容器內(nèi)壁的輻射熱負(fù)荷。
⑤冷凝泵頸管材料應(yīng)選熱傳導(dǎo)率低而機(jī)械強(qiáng)度高的材料。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)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(dǎo)損失。
⑥頸管內(nèi)壁必須涂黑，以減小室溫?zé)彷椛涞倪M(jìn)入。計(jì)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(gè)數(shù)量級(jí)之多。
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