4.6.1. Криогенные насосы

Молекулы, ударяющиеся о такую поверхность, связываются ею, причем количество связанных молекул, согласно формуле (3.28), тем больше для данного газа и определенного сорбирующего материала, чем ниже температура поверхности, поскольку время пребывания молекулы на поверхности с понижением температуры экспоненциально возрастает.

Криогенные насосы являются своего рода усовершенствованным вариантом так называемых охлаждаемых ловушек (криоловушек), издавна применяемых для улучшения вакуума путем вымораживания паров, а также некоторых (легко конденсирующихся) газов.

В принципе к криогенным насосам относятся насосы, которые эффективно откачивают как пары (например, водяные или ртутные), так и большинство газов, находящихся в вакуумируемой системе. Таким образом, криогенными являются насосы, сорбционные поверхности которых имеют температуру ниже 30 К, т. е. температуру, соответствующую жидким гелию и водороду.

Насосы с жидким азотом в качестве охладителя следует рассматривать скорее как охлаждаемые ловушки, так как они эффективно откачивают, кроме паров, лишь некоторые газы.

Сорбционные насосы с жидким азотом весьма эффективны в тех случаях, когда вакуумная система содержит источники паров (например, пластические, пористые и гигроскопичные материалы). Например, давление водяного пара, откачка которого другими насосами очень затруднительна, снижается при температуре жидкого азота (77 К) до величины, уже не измеряемой.

Криогенные насосы используются прежде всего для создания очень высокого вакуума. Их включают в работу обычно только после того, как с помощью других насосов (диффузионных, ионных) получено достаточно низкое давление. Использование криогенных насосов при невысоком вакууме приводит к быстрому образованию мономолекулярного слоя адсорбата на холодной поверхности, а поверхностный слой сжиженных или отвердевших паров и газов действует как тепловой изолятор, вследствие чего эффективность действия насоса снижается.

Скорости откачки криогенных насосов, обычно имеющих большие поглощающие поверхности, вообще бывают довольно большими. Поэтому конфигурация этих поверхностей, как и всей вакуумной системы, должна быть приспособлена к значительным скоростям откачки (в частности, должны быть обеспечены малые расстояния от источника газов и большие проходные сечения каналов).

Криогенные насосы не являются изотермическими системами; в них существуют очень различающиеся температуры и градиенты этих температур, что следует принимать во внимание при рассмотрении течений и при измерениях давления.