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4.2K時,使三相點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制。極高真空液氦冷凝泵具有一系列顯著的特點:
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?、邿o振動、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際應(yīng)用價值,必須提高泵的工作壽命,即一次充入液氦后的消耗時間。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措施,液氦的耗量將是十分可觀的,其工作壽命只有幾小時或幾天。這會給使用、操作等帶來一系列麻煩。特別是系統(tǒng)長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)時,由于泵工作壽命的限制,將產(chǎn)生致命的弱點。
設(shè)計一臺實際應(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。
?、谡麄€液氦冷凝器的周圍由表面鍍銀的液氮容器壁包圍著,降低對液氮壁遠紅外輻射能量的吸收。
?、墼谝汉だ淠鲀?nèi)、外圓筒壁之間的夾層里充入一定量的氖氣,并加以密封。當夾層溫度高于20K時,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蒸發(fā)的冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻;當夾層溫度低于20K時,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。
?、茉谝汉だ淠魍獗诤鸵旱萜鲀?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30K左右,從而大大減小了液氮容器內(nèi)壁的輻射熱負荷。
?、堇淠妙i管材料應(yīng)選熱傳導(dǎo)率低而機械強度高的材料。同時,在設(shè)計過程中應(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。
?、揞i管內(nèi)壁必須涂黑,以減小室溫?zé)彷椛涞倪M入。計算表明,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個數(shù)量級之多。
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