§ 5.5. Криоконденсационная откачка

Криоконденсационная откачка возможна при условии, что давление откачиваемого газа в вакуумной системе выше давления его насыщенных паров в насосе (см. рис. 2.5).  

где р_г — давление газа.

Воспользуемся выражением для скорости испарения (2.11)

где р_г —давление насыщенных паров адсорбата при температуре Т.

  Принимая во внимание, что плотность газа p=p_rM/(R_TT), запишем выражение для быстроты конденсационной откачки:  

где р — коэффициент, учитывающий входное сопротивление.

  Используя зависимость давления насыщенного пара вещества от температуры (2.6) в виде \пр — М—N/T_n, где М и N — постоянные коэффициенты (см. табл. 2.5), после преобразований получим  

При р_г >р_т наблюдается максимальная быстрота действия криоконденсационного насоса, равная скорости конденсации. При β=Y=1

где величина S_max [м³/(с-м²)] (в зависимости от температуры и рода газа имеет следующие значения: при Т=293 и 78 К соответственно для N₂— 118 и 61; Q₂— НО и 57; Ne— 139 и 72; Н₂— 442 и 228).

На рис. 5.7 приведена удельная быстрота откачки азота, имею¬щего температуру 293 К, при р=у=1 в зависимости от давления и температуры криоповерхности в соответствии с (5.9).

  Предельное давление криоконденсационной откачки зависит от температуры поверхности, на которой происходит конденсация откачиваемого газа. При S_к=0, р_г—Р_пр воспользуемся уравнением (5.9) для определения предельного давления:  

  При работе насоса происходит образование криоосадка на конденсирующей поверхности. Толщина криоосадка  

  где t — время работы насоса; А — площадь конденсирующей поверхности; р_т — плотность газов в твердом состоянии  

При откачке азота с производительностью 10^~2 м³-ПаK на площади 0,1 м² за 10⁶ с образуется слой конденсата толщиной 1,5 мм.  

  Уравнение теплового баланса на поверхности криоосадка можно записать в следующем виде:  

  здесь H — суммарный тепловой поток на единицу поверхности криоосадка; Т_к и Т_и — температуры криоагента и поверхности криоосадка; % — коэффициент теплопроводности криоосадка:  

Решая уравнение теплового баланса относительно Т_и, получим

Для H=50 Вт/м² после образования криоосадка азота толщиной 1,5 мм превышение температуры криоповерхности над температурой криоагента составит 0,75 К. Подставляя выражение, полученное для Тп, в (5.11), получим 

  Таким образом, предельное давление насоса ухудшается с ростом толщины криоосадка. На рис. 5.8 показаны зависимости предельного давления от времени работы насоса, рассчитанные по уравнению (5.12) с учетом того, что h = Qt/(Ap_r).