4.6.4. Предельное давление криогенных насосов

Как указывалось выше, криогенные системы вообще не являются изотермическими; поэтому распределение давлений в таких системах является неравномерным и не всегда поддается расчету. Результаты измерений приходится тщательно анализировать.

Перепады температур вызывают термомолекулярные (эффузионные) потоки, которые в свою очередь создают градиенты давлений (концентраций). Различие температур влечет за собой необходимость учета их при градуировке вакуумметров.

Например, ионизационные манометры, измеряющие концентрацию газа, обычно градуируют при комнатной температуре, поэтому их показания (если они выражены в единицах давления) следует корректировать по этой температуре.

Температура газа Т, необходимая для нахождения предельного давления по формуле (4.74), зависит от характеристик откачивающей системы и в первую очередь от площади криогенной поверхности Ак, ее температуры Тк, площади поверхности системы Ас и ее температуры Тс. Поэтому измеренная температура газа может находиться в пределах между Тк и Тс.

Например, в криогенной системе (фиг. 4Д) состоящей из камеры 3 с температурой стенок Тк < Т0 (Т≈300К) и насоса, показания имеющего корпус вакуумметра 1, помещенного снаружи системы при температуре Т0 и связанного вакуумным патрубком с камерой, и обнаженного вакуумметра 2, помещенного в камере, не будут одинаковыми ввиду различия их температур и конечной проводимости патрубка G, а также вследствие дополнительной десорбции газов со стенок изолирующего кожуха, в котором находится вакуумметр 1. Поэтому возникает необходимость пересчета показаний вакуумметров. Если бы не было десорбции и сопротивления течению через патрубок, соединяющий вакуумметр 1 с камерой, то благодаря эффузионному потоку отношение давления р1 в головке вакуумметра 1 к давлению р3 в камере можно было бы выразить формулой (2.84б):

где параметр а≤1 определяется конфигурацией системы. Поэтому давление в камере (при а = 1) можно представить в виде

Например, если Т0~З00К и Тк~77К, то истинное давление примерно в 2 раза меньше, чем то, которое показывает вакуумметр в корпусе. Показания находящегося в камере вакуумметра 2, который проградуирован при Т0≈300 К, должны быть пересчитаны на температуру Тк по следующей формуле (для ионизационного вакуумметра)1):

Для указанных выше значений температур давление р3 окажется примерно в 4 раза меньше, чем то, которое показывает вакуумметр 2.

Таким образом, между показаниями обоих манометров и измеряемыми давлениями появятся значительные расхождения. Они будут еще больше для гелиевых температур (4,2 К).

1)Ионизационный вакуумметр измеряет концентрации и при понижении температуры показывает меньшее давление в соответствии с соотношением р3/р2=Тк/Т0.