1. Le principe de l'extraction d'air
A l'intérieur de la cryopompe se trouve une plaque froide refroidie à très basse température par de l'hélium liquide ou un réfrigérateur. Il condense le gaz et maintient la pression de vapeur du condensat en dessous de la pression ultime de la pompe, de manière à obtenir l'effet de pompage. Les fonctions principales du pompage à basse température sont la condensation à basse température, l'adsorption à basse température et la capture à basse température.
① Condensation à basse température : les molécules de gaz se condensent à la surface de la plaque froide ou sur la couche de gaz condensé, et la pression d'équilibre est fondamentalement égale à la pression de vapeur du condensat. Lors du pompage d'air, la température de la plaque froide doit être inférieure à 25K; lors du pompage d'hydrogène, la température de la plaque froide est plus basse. L'épaisseur de la couche de condensation à basse température et de condensation d'extraction peut atteindre environ 10 mm.
②Adsorption à basse température : Les molécules de gaz sont adsorbées à la surface de l'adsorbant enduit sur la plaque froide d'une épaisseur d'une couche monomoléculaire (de l'ordre du centimètre). La pression d'équilibre pour l'adsorption est bien inférieure à la pression de vapeur à la même température. Si la pression de vapeur d'hydrogène est égale à la pression atmosphérique à 20K, la pression d'équilibre d'adsorption est inférieure à Pa lors de l'absorption d'hydrogène avec du charbon actif 20K. Ceci permet d'effectuer un pompage par adsorption cryogénique à des températures plus élevées.
③Piégeage cryogénique : les molécules de gaz qui ne peuvent pas être condensées à la température d'extraction sont enfouies et adsorbées par la couche croissante de gaz condensable.
D'une manière générale, la pression ultime de la pompe est la pression de vapeur du gaz condensé à la température de la plaque froide. Lorsque la température est de 120K, la pression de vapeur de l'eau est déjà inférieure à Pa. À une température de 20K, à l'exception de l'hélium, du néon et de l'hydrogène, les pressions de vapeur des autres gaz sont également inférieures à Pa.
Cependant, en raison des températures différentes du récipient pompé et de la plaque froide cryogénique, la pression ultime de la pompe est supérieure à la pression de vapeur du condensat. Pour une cuve à température ambiante, avec un panneau cryogénique de 20K, la pression ultime de la pompe est d'environ 4 fois la pression de vapeur du condensat.
2. Tapez
Les cryopompes sont divisées en deux types : les cryopompes à hélium liquide à injection et les cryopompes frigorifiques à hélium gazeux en circuit fermé.
Cryopompe à injection d'hélium liquide
Il est principalement composé d'un réservoir d'hélium liquide, d'un corps de pompe et d'une cavité d'azote liquide reliée à une chicane. Afin de réduire la consommation d'hélium liquide, la paroi extérieure du conteneur d'hélium liquide adopte une paroi d'isolation thermique à double couche et est évacuée entre les deux.
Lorsque la pompe est pré-pompée à la pression Pa, de l'azote liquide et de l'hélium liquide sont injectés et le gaz se condense sur la plaque froide de travail de 4,2K. Après pré-pompage, la pression partielle d'hélium et d'hydrogène est de l'ordre de Pa, la pompe peut donc atteindre la pression ultime inférieure à Pa. Si le réservoir d'hélium liquide est évacué et décomprimé à 6650 Pa, la température de l'hélium liquide peut être réduite à 2,3 K, et une pression limite inférieure peut être obtenue.
Cryopompe frigorifique à hélium à gaz à cycle fermé
Il s'agit d'un nouveau type de cryopompe apparu dans les années 1970. Cette pompe ne consomme pas d'hélium, est facile à utiliser, facile à entretenir et est de plus en plus utilisée. Le milieu de réfrigération du réfrigérateur est l'hélium gazeux, la température de la plaque froide du premier étage est de 50-100K et l'application typique est de 65K, qui est utilisée pour condenser la vapeur d'eau et pré-refroidir d'autres gaz ; la température de la plaque froide du deuxième étage est 10-20K, qui est utilisée pour condenser l'azote, les gaz tels que l'oxygène et l'argon.
La surface intérieure de la plaque froide secondaire est recouverte de charbon actif. Le charbon actif a une forte capacité d'adsorption de l'hélium, du néon et de l'hydrogène à basse température. La plaque froide est en cuivre sans oxygène et la surface est polie au niveau du miroir pour réduire l'émissivité.
La pression ultime de la pompe est Pa, la plage de pression de travail est Pa et la pression de pré-pompage doit être de 1 Pa. Le débit de pompage du produit fini a atteint 60,000 litres/seconde. De plus, selon les caractéristiques du processus, la plaque froide d'extraction d'air peut être disposée dans le conteneur pompé, et le taux d'extraction d'air peut atteindre plus de 106 litres/seconde.