Una criobomba és una bomba de buit que utilitza una superfície de baixa temperatura per condensar gas, també coneguda com a bomba de condensat. La criobomba és la bomba de buit amb la pressió final més baixa i la velocitat de bombeig més alta per obtenir un buit net. S'utilitza àmpliament en la investigació i producció de semiconductors i circuits integrats, així com en investigació de feix molecular, equips de recobriment al buit, instruments d'anàlisi de superfícies al buit, implantadors d'ions i simulacions espacials. dispositius, etc.
El principi de bombament està equipat amb una placa freda refredada a una temperatura molt baixa per heli líquid o una nevera a la criobomba. Condensa el gas i manté la pressió de vapor del condensat per sota de la pressió final de la bomba, per aconseguir l'efecte de bombeig. Les principals funcions del bombeig a baixa temperatura són la condensació a baixa temperatura, l'adsorció a baixa temperatura i la captura de baixa temperatura.
①Condensació a baixa temperatura: les molècules de gas es condensen a la superfície de la placa freda o a la capa de gas condensat, i la pressió d'equilibri és bàsicament igual a la pressió de vapor del condensat. Quan es bombeja aire, la temperatura de la placa freda ha de ser inferior a 25K; quan es bombeja hidrogen, la temperatura de la placa freda és més baixa. El gruix de la capa de condensació i extracció de condensació a baixa temperatura pot arribar als 10 mm.
②Adsorció a baixa temperatura: les molècules de gas s'adsorbeixen a la superfície de l'adsorbent recobert a la placa freda amb un gruix d'una capa monomolecular (ordre 10-8 cm). La pressió d'equilibri per a l'adsorció és molt inferior a la pressió de vapor a la mateixa temperatura. Per exemple, la pressió de vapor de l'hidrogen a 20K és igual a la pressió atmosfèrica i la pressió d'equilibri d'adsorció és inferior a 10-8 Pa quan el carbó actiu de 20K absorbeix hidrogen. Això permet realitzar bombeigs per adsorció criogènica a temperatures més elevades.
③ Atrapament criogènic: les molècules de gas que no es poden condensar a la temperatura d'extracció són enterrades i adsorbides per la capa creixent de gas condensable.
En termes generals, la pressió final de la bomba és la pressió de vapor del gas condensat a la temperatura de la placa freda. Quan la temperatura és de 120 K, la pressió de vapor de l'aigua ja és inferior a 10-8 Pa. Quan la temperatura és de 20 K, excepte l'heli, el neó i l'hidrogen, la pressió de vapor d'altres gasos també és inferior a {{3} } Pa. Tanmateix, a causa de les diferents temperatures del recipient bombejat i de la placa freda criogènica, la pressió final de la bomba és superior a la pressió de vapor del condensat. Per a un recipient a temperatura ambient, amb un criopanel de 20K, la pressió final de la bomba és aproximadament 4 vegades la pressió de vapor del condensat.
Les criobombes tipus es divideixen en dos tipus: criobombes d'heli líquid d'injecció i criobombes de refrigeració d'heli de gas de circuit tancat.
①Cryobomba d'heli líquid injectat: es compon principalment d'un recipient d'heli líquid, un cos de bomba i una cavitat de nitrogen líquid connectada a un deflector. Per tal de reduir el consum d'heli líquid, la paret exterior del contenidor d'heli líquid adopta una paret d'aïllament tèrmic de doble capa i s'evacua entremig.
Quan la bomba es bombeja prèviament a una pressió de 10-6 Pa, s'hi aboquen nitrogen líquid i heli líquid i el gas es condensa a la placa freda de treball de 4,2 K. Després del bombeig previ, la pressió parcial d'heli i hidrogen és de l'ordre de 10-12 Pa, de manera que la bomba pot obtenir la pressió final per sota de 10-11 Pa. Si el recipient d'heli líquid s'evacua i es descomprimeix a 6650 Pa, la temperatura de l'heli líquid es pot reduir a 2,3 K i es pot obtenir una pressió límit inferior.
②Bomba criogènica de refrigerador d'heli de gas de circuit tancat: és un nou tipus de bomba criogènica que va aparèixer a la dècada de 1970 (a la foto). Aquesta bomba no consumeix heli, és fàcil d'utilitzar, fàcil de mantenir i s'utilitza cada cop més. El medi de refrigeració de la nevera és heli gasós, la temperatura de la placa freda primària és 50-100K, que s'utilitza per condensar el vapor d'aigua i refredar prèviament altres gasos; la temperatura de la placa freda secundària és 10-20K, que s'utilitza per condensar nitrogen, oxigen i argó i altres gasos.
La superfície interior de la placa freda secundària està recoberta de carbó actiu. La superfície específica del carbó actiu és de 500-2500 m2/g i té una forta capacitat d'adsorció d'heli, neó i hidrogen a baixa temperatura. La placa freda està feta de coure lliure d'oxigen i la superfície està polida a nivell de mirall per reduir l'emissivitat. La pressió final de la bomba és de 10-7 ~ 10-8 Pa, el rang de pressió de treball és de 10-1 ~ 10-7 Pa i la pressió prèvia al bombeig ha de ser d'1 Pa .
La velocitat de bombeig del producte acabat ha arribat als 60,000 litres/segon (1 litre=10-3 m3). A més, segons les característiques del procés, la placa freda d'extracció d'aire es pot disposar al contenidor bombat i la velocitat d'extracció d'aire pot arribar a més de 106 litres/segon.
Càrrega de calor baixa La càrrega de calor de la bomba d'oli és principalment la calor de condensació del gas i la calor radiant de la paret circumdant davant de la placa freda de treball. La calor de condensació està relacionada amb el tipus de gas. Per al nitrogen a 80K i 133,322 Pa litres, la calor de condensació en una placa freda de 20K és de 0,3-0,6 joules.
La calor radiant rebuda per la placa freda de treball és proporcional a la diferència entre la quarta potència de la temperatura del panell de paret circumdant i la temperatura de la placa freda de treball. Per tant, les plaques fredes de treball de 4,2K i 20K estan protegits amb plaques fredes de 50-100K per reduir la calor radiant rebuda per les plaques fredes de treball.