1. El principio de extracción de aire.
Dentro de la criobomba hay una placa fría enfriada a una temperatura muy baja por helio líquido o un refrigerador. Condensa el gas y mantiene la presión de vapor del condensado por debajo de la presión final de la bomba, para lograr el efecto de bombeo. Las funciones principales del bombeo a baja temperatura son la condensación a baja temperatura, la adsorción a baja temperatura y la captura a baja temperatura.
① Condensación a baja temperatura: las moléculas de gas se condensan en la superficie de la placa fría o en la capa de gas condensado, y la presión de equilibrio es básicamente igual a la presión de vapor del condensado. Al bombear aire, la temperatura de la placa fría debe ser inferior a 25K; al bombear hidrógeno, la temperatura de la placa fría es más baja. El espesor de la capa de condensación de extracción y condensación a baja temperatura puede alcanzar unos 10 mm.
②Adsorción a baja temperatura: las moléculas de gas se adsorben en la superficie del adsorbente que recubre la placa fría con un espesor de una capa monomolecular (del orden de centímetros). La presión de equilibrio para la adsorción es mucho menor que la presión de vapor a la misma temperatura. Si la presión de vapor del hidrógeno es igual a la presión atmosférica a 20K, la presión de adsorción de equilibrio es inferior a Pa cuando se absorbe hidrógeno con carbón activado de 20K. Esto hace posible realizar bombeos por adsorción criogénica a temperaturas más altas.
③Atrapamiento criogénico: las moléculas de gas que no pueden condensarse a la temperatura de extracción son enterradas y adsorbidas por la capa creciente de gas condensable.
En términos generales, la presión máxima de la bomba es la presión de vapor del gas condensado a la temperatura de la placa fría. Cuando la temperatura es de 120K, la presión de vapor del agua ya es inferior a Pa. A una temperatura de 20K, a excepción del helio, el neón y el hidrógeno, las presiones de vapor de otros gases también son inferiores a Pa.
Sin embargo, debido a las diferentes temperaturas del recipiente bombeado y la placa fría criogénica, la presión final de la bomba es mayor que la presión de vapor del condensado. Para un recipiente a temperatura ambiente, con un criopanel de 20K, la presión máxima de la bomba es aproximadamente 4 veces la presión de vapor del condensado.
2. Tipo
Las criobombas se dividen en dos tipos: criobombas de helio líquido de tipo inyección y criobombas de refrigerador de helio gaseoso de circuito cerrado.
Criobomba de helio líquido de inyección
Se compone principalmente de un contenedor de helio líquido, un cuerpo de bomba y una cavidad de nitrógeno líquido conectada a un deflector. Para reducir el consumo de helio líquido, la pared exterior del contenedor de helio líquido adopta una pared de aislamiento térmico de doble capa y se evacua en el medio.
Cuando la bomba se bombea previamente a la presión de Pa, se inyectan nitrógeno líquido y helio líquido, y el gas se condensa en la placa fría de trabajo de 4,2 K. Después del prebombeo, la presión parcial de helio e hidrógeno es del orden de Pa, por lo que la bomba puede obtener la presión final por debajo de Pa. Si el recipiente de helio líquido se vacía y se descomprime a 6650 Pa, la temperatura del helio líquido puede reducirse a 2.3K y se puede obtener una presión límite más baja.
Criobomba frigorífica de helio a gas de ciclo cerrado
Es un nuevo tipo de bomba criogénica que apareció en la década de 1970. Esta bomba no consume helio, es fácil de operar, fácil de mantener y se usa cada vez más. El medio de refrigeración del refrigerador es gas helio, la temperatura de la placa fría de la primera etapa es 50-100K, y la aplicación típica es 65K, que se utiliza para condensar vapor de agua y preenfriar otros gases; la temperatura de la placa fría de la segunda etapa es 10-20K, que se utiliza para condensar nitrógeno, gases como el oxígeno y el argón.
La superficie interna de la placa fría secundaria está recubierta con carbón activado. El carbón activado tiene una fuerte capacidad de adsorción de helio, neón e hidrógeno a baja temperatura. La placa fría está hecha de cobre libre de oxígeno y la superficie está pulida a un nivel de espejo para reducir la emisividad.
La presión final de la bomba es Pa, el rango de presión de trabajo es Pa y se requiere que la presión de prebombeo sea de 1 Pa. La tasa de bombeo del producto terminado ha alcanzado los 60,000 litros/segundo. Además, según las características del proceso, la placa fría de extracción de aire se puede colocar en el contenedor bombeado y la tasa de extracción de aire puede alcanzar más de 106 litros/segundo.