1. Prinsip ekstraksi udara
Di dalam cryopump terdapat pelat dingin yang didinginkan hingga suhu yang sangat rendah dengan helium cair atau lemari es. Ini mengembunkan gas dan menjaga tekanan uap kondensat di bawah tekanan akhir pompa, sehingga mencapai efek pemompaan. Fungsi utama pemompaan suhu rendah adalah kondensasi suhu rendah, adsorpsi suhu rendah dan penangkapan suhu rendah.
Kondensasi suhu rendah: molekul gas mengembun pada permukaan pelat dingin atau pada lapisan gas 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 bisa mencapai sekitar 10 mm.
Adsorpsi suhu rendah: Molekul gas teradsorpsi pada permukaan adsorben yang dilapisi pada pelat dingin dengan ketebalan lapisan monomolekul (dalam orde sentimeter). Tekanan kesetimbangan untuk adsorpsi jauh lebih rendah daripada tekanan uap pada suhu yang sama. Jika tekanan uap hidrogen sama dengan tekanan atmosfer pada 20K, tekanan kesetimbangan adsorpsi lebih rendah dari Pa ketika menyerap hidrogen dengan karbon aktif 20K. Hal ini memungkinkan untuk melakukan pemompaan dengan adsorpsi kriogenik pada suhu yang lebih tinggi.
Perangkap kriogenik: Molekul gas yang tidak dapat terkondensasi pada suhu ekstraksi terkubur dan teradsorpsi oleh lapisan gas yang dapat dikondensasikan.
Secara umum, tekanan pamungkas pompa adalah tekanan uap gas terkondensasi pada suhu pelat dingin. Ketika suhu 120K, tekanan uap air sudah lebih rendah dari Pa. Pada suhu 20K, kecuali helium, neon dan hidrogen, tekanan uap gas lain juga lebih rendah dari Pa.
Namun, karena perbedaan suhu wadah yang dipompa dan pelat dingin kriogenik, tekanan pamungkas pompa lebih tinggi daripada tekanan uap kondensat. Untuk bejana pada suhu kamar, dengan cryopanel 20K, tekanan akhir pompa adalah sekitar 4 kali tekanan uap kondensat.
2. Ketik
Cryopumps dibagi menjadi dua jenis: cryopumps helium cair tipe injeksi dan cryopumps kulkas helium sirkuit tertutup.
Cryopump helium cair injeksi
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.
Ketika pompa dipompa sebelumnya ke tekanan Pa, nitrogen cair dan helium cair disuntikkan, dan gas mengembun pada pelat dingin kerja 4.2K. Setelah pra-pemompaan, tekanan parsial helium dan hidrogen berada dalam orde Pa, sehingga pompa dapat memperoleh tekanan pamungkas di bawah Pa. Jika wadah helium cair dievakuasi dan didekompresi hingga 6650 Pa, suhu helium cair dapat dikurangi menjadi 2,3K, dan tekanan batas bawah dapat diperoleh.
Cryopump kulkas gas helium siklus tertutup
Ini adalah jenis cryopump baru yang muncul pada tahun 1970-an. Pompa ini tidak mengkonsumsi helium, mudah dioperasikan, mudah dirawat, dan semakin sering digunakan. Media pendingin lemari es adalah gas helium, suhu pelat dingin tahap pertama adalah 50-100K, dan aplikasi tipikal adalah 65K, yang digunakan untuk mengembunkan uap air dan pra-pendinginan gas lainnya; suhu pelat dingin tahap kedua adalah 10-20K, yang digunakan untuk mengembunkan nitrogen, gas seperti oksigen dan argon.
Permukaan bagian dalam pelat dingin sekunder dilapisi dengan karbon aktif. Karbon aktif 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 pamungkas pompa adalah Pa, rentang tekanan kerja adalah Pa, dan tekanan pra-pemompaan harus 1 Pa. Laju pemompaan produk jadi telah mencapai 60,000 liter/detik. 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.