1. El principi d'extracció d'aire
Dins de la criobomba hi ha una placa freda refredada a una temperatura molt baixa per heli líquid o una nevera. 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.
① Condensació 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.
② Adsorció 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 (de l'ordre dels centímetres). La pressió d'equilibri per a l'adsorció és molt inferior a la pressió de vapor a la mateixa temperatura. Si la pressió de vapor de l'hidrogen és igual a la pressió atmosfèrica a 20K, la pressió d'equilibri d'adsorció és inferior a Pa quan s'absorbeix hidrogen amb 20K de carbó actiu. 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 120K, la pressió de vapor de l'aigua ja és inferior a Pa. A una temperatura de 20K, excepte l'heli, el neó i l'hidrogen, les pressions de vapor d'altres gasos també són inferiors a 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.
2. Tipus
Les criobombes es divideixen en dos tipus: criobombes d'heli líquid de tipus injecció i criobombes de refrigeració d'heli de gas de circuit tancat.
Criobomba d'heli líquid d'injecció
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 pressió Pa, s'injecta 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 Pa, de manera que la bomba pot obtenir la pressió final per sota de Pa. Si el recipient d'heli líquid s'evacua i es descomprimeix a 6650 Pa, la temperatura de l'heli líquid pot es reduirà a 2,3 K i es pot obtenir una pressió límit inferior.
Criobomba de refrigeració d'heli de gas de cicle tancat
És un nou tipus de criobomba que va aparèixer als anys 70. 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 l'heli gasós, la temperatura de la placa freda de la primera etapa és 50-100K i l'aplicació típica és de 65K, que s'utilitza per condensar vapor d'aigua i refredar prèviament altres gasos; la temperatura de la placa freda de la segona etapa és 10-20K, que s'utilitza per condensar nitrogen, gasos com l'oxigen i l'argó.
La superfície interior de la placa freda secundària està recoberta de carbó actiu. El carbó activat 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 Pa, l'interval de pressió de treball és 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. 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.