Войти
A Крионасос или «криогенный насос» - это вакуумный насос, улавливающий газы и пары, конденсируя их на холодной поверхности, но эффективны только для некоторых газов. Эффективность зависит от точек замерзания и кипения газа по отношению к температуре крионасоса. Иногда они используются для блокирования определенных загрязняющих веществ, например, перед диффузионным насосом для улавливания нефти в обратном направлении или перед датчиком МакЛеода для предотвращения попадания воды. В этой функции они называются криоловушкой, водяным насосом или холодной ловушкой, хотя физический механизм такой же, как у крионасоса.
Cryotrapping также может относиться к несколько иному эффекту, когда молекулы увеличивают время своего пребывания на холодной поверхности без фактического замерзания (переохлаждение ). Существует задержка между столкновением молекулы с поверхностью и отскоком от нее. Кинетическая энергия будет потеряна по мере замедления молекул. Например, водород не конденсируется при температуре 8 кельвин, но его можно заморозить. Это эффективно улавливает молекулы в течение длительного периода и тем самым удаляет их из вакуумной среды, как при крионасосе.
Ранние эксперименты по криозащите газов в активированный уголь проводился еще в 1874 году.
Первые крионасосы в основном использовали жидкий гелий для охлаждения насоса либо в большом резервуаре с жидким гелием, либо путем непрерывного потока в крионасос. Однако со временем большинство крионасосов были модернизированы для использования газообразного гелия, что стало возможным благодаря изобретению более совершенных криокулеров. Ключевая технология охлаждения была открыта в 1950-х годах двумя сотрудниками компании из Массачусетса Arthur D. Little Inc., Уильямом Э. Гиффордом и Ховардом О. МакМахоном. Эта технология получила название криокулер Гиффорд-МакМахон. В 1970-х криокулер Gifford-McMahon использовался для изготовления вакуумного насоса компанией Helix Technology Corporation и ее дочерней компанией Cryogenic Technology Inc. В 1976 году крионасосы начали использоваться в производстве интегральных схем IBM.. Использование крионасосов стало обычным явлением в производстве полупроводников во всем мире с расширением, например, криогенной компанией, основанной совместно Helix и ULVAC (jp: ア ル バ ッ ク ) в 1981 году.
Крионасосы обычно охлаждаются сжатым гелием, хотя они также могут использовать сухой лед, жидкий азот или автономные версии могут включать встроенный криокулер. К холодной головке часто прикрепляют перегородки, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для конденсации, но они также увеличивают поглощение тепла крионасосом. Со временем поверхность в конечном итоге насыщается конденсатом, и, таким образом, скорость откачки постепенно падает до нуля. Он будет удерживать захваченные газы, пока он остается холодным, но он не будет конденсировать свежие газы от утечек или обратного потока, пока он не будет регенерирован. Насыщение происходит очень быстро при низком вакууме, поэтому крионасосы обычно используются только в системах высокого или сверхвысокого вакуума.
Крионасос обеспечивает быструю и чистую откачку всех газов в диапазоне от 10 до 10 Торр. Принцип работы крионасоса заключается в том, что газы могут конденсироваться и удерживаться при чрезвычайно низком давлении пара, обеспечивая высокую скорость и производительность. Холодная головка состоит из двухступенчатого цилиндра с холодной головкой (часть вакуумной камеры) и узла привода вытеснителя. Вместе они производят охлаждение замкнутого цикла при температурах в диапазоне от 60 до 80 К для первой ступени холода и от 10 до 20 К для второй ступени охлаждения, как правило.
Некоторые крионасосы имеют несколько ступеней при различных низких температурах, при этом внешние ступени защищают самые холодные внутренние ступени. На внешних ступенях конденсируются газы с высокой температурой кипения, такие как вода и масло, что позволяет экономить площадь поверхности и холодопроизводительность внутренних ступеней для газов с более низкой точкой кипения, таких как азот.
Поскольку температура охлаждения снижается при использовании сухого льда, жидкого азота, затем сжатого гелия, могут улавливаться газы с более низким молекулярным весом. Улавливание азота, гелия и водорода требует чрезвычайно низких температур (~ 10 К) и большой площади поверхности, как описано ниже. Даже при этой температуре более легкие газы гелий и водород имеют очень низкую эффективность захвата и являются преобладающими молекулами в системах сверхвысокого вакуума.
Крионасосы часто комбинируются с сорбционными насосами, покрывая холодную головку сильно адсорбирующими материалами, такими как активированный уголь или цеолит. По мере насыщения сорбента эффективность сорбционного насоса снижается, но его можно подзарядить путем нагревания цеолитного материала (предпочтительно в условиях низкого давления) до его выделения. Температура разрушения пористой структуры цеолитного материала может ограничивать максимальную температуру, до которой он может быть нагрет для регенерации.
Сорбционные насосы представляют собой тип крионасосов, которые часто используются в качестве насосов для предварительной откачки для снижения давления от атмосферного до порядка 0,1 Па (10 торр), в то время как более низкие давления достигается с помощью чистового насоса (см. вакуум ).
Регенерация крионасоса - это процесс испарения захваченных газов. Во время цикла регенерации крионасос нагревается до комнатной температуры или выше, позволяя захваченным газам переходить из твердого состояния в газообразное и тем самым выходить из крионасоса через предохранительный клапан в атмосферу.
Большинство производственного оборудования, в котором используется крионасос, имеют средства для изоляции крионасоса от вакуумной камеры, чтобы регенерация происходила без воздействия на вакуумную систему выделяющихся газов, таких как водяной пар. Водяной пар - самый сложный природный элемент для удаления со стенок вакуумной камеры при воздействии атмосферы из-за образования монослоя и водородных связей. Добавление тепла к сухому продувочному газу азота ускорит прогрев и сократит время регенерации.
По завершении регенерации крионасос будет подвергнут грубой обработке до 50 мкм (50 миллиТорр или мкм рт. Ст.), Изолирован и будет контролироваться скорость нарастания (ROR) для проверки полной регенерации. Если ROR превышает 10 мкм / мин, крионасосу потребуется дополнительное время для продувки.
