Cryopump adalah pompa vakum yang menggunakan permukaan bersuhu rendah untuk mengembunkan gas, juga dikenal sebagai pompa kondensat. Cryopump adalah pompa vakum dengan tekanan akhir terendah dan laju pemompaan tertinggi untuk mendapatkan vakum bersih. Ini banyak digunakan dalam penelitian dan produksi semikonduktor dan sirkuit terpadu, serta penelitian balok molekuler, peralatan pelapis vakum, instrumen analisis permukaan vakum, implan ion, dan simulasi ruang angkasa. perangkat, dll.
Prinsip pemompaan dilengkapi dengan pelat dingin yang didinginkan hingga suhu yang sangat rendah dengan helium cair atau lemari es di cryopump. Ini mengembunkan gas dan menjaga tekanan uap kondensat di bawah tekanan akhir pompa, untuk mencapai efek pemompaan. Fungsi utama pemompaan suhu rendah adalah kondensasi suhu rendah, adsorpsi suhu rendah, dan penangkapan suhu rendah.
①Kondensasi suhu rendah: molekul gas terkondensasi pada permukaan pelat dingin atau pada lapisan gas yang terkondensasi, dan tekanan kesetimbangan pada dasarnya sama dengan tekanan uap kondensat. Saat memompa udara, suhu pelat dingin harus lebih rendah dari 25K; saat memompa hidrogen, suhu pelat dingin lebih rendah. Ketebalan kondensasi suhu rendah dan lapisan kondensasi ekstraksi dapat mencapai sekitar 10 mm.
②Adsorpsi suhu rendah: Molekul gas teradsorpsi pada permukaan adsorben yang dilapisi pada pelat dingin dengan ketebalan lapisan monomolekul (urutan 10-8 cm). Tekanan kesetimbangan untuk adsorpsi jauh lebih rendah daripada tekanan uap pada suhu yang sama. Misalnya, tekanan uap hidrogen pada 20K sama dengan tekanan atmosfer, dan tekanan kesetimbangan adsorpsi lebih rendah dari 10-8 Pa ketika karbon aktif 20K menyerap hidrogen. Hal ini memungkinkan untuk melakukan pemompaan dengan adsorpsi cryogenic pada suhu yang lebih tinggi.
③Cryogenic trapping: Molekul gas yang tidak dapat terkondensasi pada suhu ekstraksi dikubur dan diserap oleh lapisan gas yang dapat dikondensasikan.
Secara umum, tekanan pamungkas pompa adalah tekanan uap dari gas yang terkondensasi pada suhu pelat dingin. Saat suhu 120K, tekanan uap air sudah lebih rendah dari 10-8 Pa. Saat suhu 20K, kecuali helium, neon, dan hidrogen, tekanan uap gas lain juga lebih rendah dari {{3} } Pa. Namun, karena perbedaan suhu wadah yang dipompa dan pelat dingin kriogenik, tekanan akhir pompa lebih tinggi daripada tekanan uap kondensat. Untuk bejana pada suhu kamar, dengan cryopanel 20K, tekanan akhir pompa sekitar 4 kali tekanan uap kondensat.
Jenis cryopumps dibagi menjadi dua jenis: cryopumps helium cair injeksi dan cryopumps gas helium sirkuit tertutup.
①Cryopump helium cair yang disuntikkan: Ini terutama terdiri dari wadah helium cair, badan pompa, dan rongga nitrogen cair yang terhubung ke penyekat. Untuk mengurangi konsumsi helium cair, dinding luar wadah helium cair mengadopsi dinding isolasi termal dua lapis dan dievakuasi di antaranya.
Saat pompa dipompa terlebih dahulu ke tekanan 10-6 Pa, nitrogen cair dan helium cair dituangkan ke dalamnya, dan gas mengembun pada pelat dingin kerja 4,2K. Setelah pemompaan awal, tekanan parsial helium dan hidrogen berada di urutan 10-12 Pa, sehingga pompa dapat memperoleh tekanan akhir di bawah 10-11 Pa. Jika wadah helium cair dikosongkan dan didekompresi menjadi 6650 Pa, suhu helium cair dapat dikurangi menjadi 2,3K, dan tekanan batas bawah dapat diperoleh.
②Pompa kriogenik kulkas gas helium sirkuit tertutup: Ini adalah jenis baru pompa kriogenik yang muncul pada tahun 1970-an (foto). Pompa ini tidak mengkonsumsi helium, mudah dioperasikan, mudah dirawat, dan semakin banyak digunakan. Media pendingin lemari es adalah gas helium, suhu pelat dingin utama adalah 50-100K, yang digunakan untuk mengembunkan uap air dan mendinginkan gas lainnya; suhu pelat dingin sekunder adalah 10-20K, yang digunakan untuk mengembunkan nitrogen, oksigen, argon, dan gas lainnya.
Permukaan bagian dalam pelat dingin sekunder dilapisi dengan karbon aktif. Luas permukaan spesifik karbon aktif adalah 500-2500 m2/g, dan memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat untuk helium, neon, dan hidrogen pada suhu rendah. Pelat dingin terbuat dari tembaga bebas oksigen, dan permukaannya dipoles ke tingkat cermin untuk mengurangi emisivitas. Tekanan akhir pompa adalah 10-7 ~ 10-8 Pa, kisaran tekanan kerja adalah 10-1 ~ 10-7 Pa, dan tekanan pra-pemompaan harus 1 Pa .
Tingkat pemompaan produk jadi telah mencapai 60,000 liter/detik (1 liter=10-3 m3). Selain itu, sesuai dengan karakteristik prosesnya, pelat dingin ekstraksi udara dapat diatur dalam wadah yang dipompa, dan laju ekstraksi udara dapat mencapai lebih dari 106 liter/detik.
Beban panas rendah Beban panas pompa oli terutama adalah panas kondensasi gas dan panas radiasi dari dinding sekitarnya yang menghadap pelat dingin yang berfungsi. Panas kondensasi terkait dengan jenis gas. Untuk nitrogen pada 80K dan 133,322 Pa liter, panas kondensasi pada pelat dingin 20K adalah 0,3-0,6 joule.
Panas radiasi yang diterima oleh pelat dingin yang bekerja sebanding dengan perbedaan antara pangkat 4 suhu panel dinding di sekitarnya dan suhu pelat dingin yang bekerja. Oleh karena itu, pelat dingin kerja 4,2K dan 20K dilindungi dengan pelat dingin 50-100K untuk mengurangi pancaran panas yang diterima oleh pelat dingin kerja.