低溫泵的結構

具有清潔真空和高排氣速度特點的泵

低溫泵是儲存式真空泵，泵內設有極低溫面，可以通過冷凝和吸附來捕捉氣體，以實現超高真空的狀態。另外，由于可以獲得沒有油污染的清潔真空，并且具有比其他真空泵更高的排氣速度而備受矚目。

使用了低溫泵的技術！

半導體、液晶、光盤等電子部件、眼鏡鏡片、超大型腔體的排氣等

低溫泵的特征

低溫泵的結構
通過2段式實現高真空
冷頭有2段、１段冷頭有較大的冷凍能力，可冷卻至80K(卡爾文） 以下。至此，主要是水分的排出，接下來2段冷頭進一步冷卻，排出N₂，O₂，Ar，H₂等分子，以獲得更高的真空。

1.低溫泵是

真容器內設有極低溫面，通過冷凝和吸附來捕捉容器里的氣體并排氣的泵。
由于機械運動部件很少且不使用油，因此可以實現清潔的高真空。
為了使低溫泵有效的進行排氣，冷凝時的蒸氣壓力，吸附時的吸附平衡壓力必須在10^-8Pa以下。
1是各氣體的蒸氣壓力，比氮氣的蒸汽壓力低的氣體，在極低溫面(低溫面或低溫擋板)冷卻到20K以下時，其蒸汽壓力為10^-8Pa以下。氫氣、氦氣、氖氣等蒸汽壓較高的氣體在20K時不能通過冷凝排氣，所以通過卻到20K以下的吸附劑排氣。
以這種方式，低溫泵可以排出所有氣體以獲得超高真空。

1.各種氣體的蒸氣壓力

形成冷凍表面的方式，通常使用封閉循環的小型氦冷凍機。低溫泵使用小型氦冷凍機，不需要像貯液型低溫泵那樣定期補給冷凍劑，通過簡單的操作即可得到清潔的超高真空，可長時間、穩定的連續運轉。

2.低溫泵的動作原理和結構

CRYO-U8H為例來說明低溫泵的結構。
低溫泵的冷凍機為2段式，1段具有較大的制冷能力，可以冷卻至80K或更低，2段的制冷能力較小，可以冷卻至10至12K。
15K擋板(1)(冷凝板)和15K擋板(2)(吸附板)安裝在冷凍機的2段上80K擋板和80K屏蔽桶安裝在制冷能力較大的1段上，防止受到室溫的熱放射(輻射)。另外，為了防止吸附劑表面不被覆蓋，吸附劑被安裝在濃縮性氣體不能進入的擋板的內側。

根據蒸汽壓力表可知，水蒸汽(H₂O)溫度在130K以下的話，蒸汽壓力就會在10^-8Pa以下,氮氣(N₂)、氧氣(O₂)、一氧化碳(CO)、氬氣(Ar)等氣體，由于蒸汽壓力高而不能在80K時冷凝，需要通過20K以下擋板(1)的外表面來冷凝和排氣。

氦氣(He)、氫氣(H₂)、氖氣(Ne)等更高蒸氣壓力的氣體在10～20K的溫度下不會冷凝，因此通過安裝在15K擋板(1)（冷凝板）內側的吸附劑來吸附和排氣。吸附劑安裝在15K擋板(2)（吸附板）中，為了防止吸附劑表面不被覆蓋，吸附劑被安裝在濃縮性氣體不能進入的擋板的內側。
80K屏蔽桶、80K擋板、15K擋板 (1) 的外表面為鏡面，可以反射室溫的輻射熱。80K屏蔽桶的內表面進行了黑化處理，是為了防止室溫輻射在80K屏蔽的內面反射，射入15K擋板。為使低溫泵正常工作，80K屏蔽桶、80K擋板的溫度必須在130K以下，15K擋板必須在20K以下。

為了能夠確認這些溫度，在80K擋板上安裝了CA熱電偶，在15K擋板上安裝了氫氣蒸汽壓溫度計(H₂VP)及MB型低溫熱電偶溫度計。（CA熱電偶130K的標準電動勢為-5.5mV。）

3.低溫泵的再生和安全閥

油擴散泵和渦輪分子泵是將壓縮排出的氣體釋放到泵外，但低溫泵是通過冷凝和吸附儲存在15K擋板中，因此必須定期釋放和再生。
再生是指將低溫泵的溫度升高到室溫并使冷凝或吸附的氣體重回到氣體狀態。儲存了大量氣體的低溫處于密封狀態時，低溫泵的內部可能在再生期間變成高壓氣體，因此需要在低溫泵上安裝安全閥。
安全閥的工作壓力設定為20kPa（表壓）。
使用安全閥是為了安全起見，因此請勿關閉安全閥或將其用于其他目的。
另外，請勿在再生過程中將其用作氣體釋放閥。當安全閥工作時，吹掃氣體中的灰塵等附著在o-ring表面上，會導致漏。

4.低溫泵系統

低溫泵系統基本由

《1》低溫泵單元(含冷凍機單元)
《2》壓縮機單元
《3》軟管(2根)

低溫泵的性能

低溫泵的主要性能有：(1) 冷卻降溫特性 (2) 排氣速度 (3) 排氣容量 (4) 最大流量 (5) 交叉壓力 (6)極限壓力 (7)熱負荷能力 等。
這些項目蔣在以下進行說明。

1.冷卻降溫(cool-down)特性

由于低溫泵不能在大氣壓下啟動，因此需要粗抽泵。使用回轉泵進行粗抽的情況下，ULVAC Cryo的低溫泵40Pa不會引起油蒸汽的回流。殘留在泵中的所有氣體都被低溫泵內的吸附劑吸附。冷卻時間受以下因素影響。

1.影響冷卻時間的因素

冷卻時間受再生方法的影響。 當使用氮氣吹掃或加熱帶使溫度升高時，水分會變少變得干燥，真空隔熱難以實現，因此冷卻時間變長。另外，請注意微小的漏也會導致冷卻時間延長或不能冷卻(安全閥處導致的漏請特別注意)。此外，60Hz區域的冷卻速度比50Hz區域快10-15％。通常，冷卻時間定義為15K擋板的溫度低于20K所需的時間，如表4-2所示。

2.排氣速度特性

2-1.對水的排氣性能

如果冷凍面的溫度為150K以下，則冷凍面對水的冷凝概率幾乎為1。通常，低溫泵80K屏蔽桶和80K運作期間的溫度為130K以下（通常約為80K），因此低溫泵相對于水的排氣速度等于80K屏蔽桶口徑的理想排氣速度。對分子量M氣體單位面積的理想排氣速度s為s=62.5／M^{1 / 2}(L/s/cm²)(20℃)水的話，M=18的理想排氣速度為s=14.7(L/s/cm²)。80K屏蔽桶吸氣口面積A(cm²)，低溫泵對水的排氣速度S為S=s?A(L/s)。

例如、8型的低溫泵、80K屏蔽桶吸氣口面積約為275cm²，對水的排氣速度為4000L/s。對在80K擋板中冷凝和排出的氣體（例如，CO₂，NH4）進行相同的計算。CRYO-U8H對CO₂的排氣速度計算，對水的排氣速度為4000L/s，CO₂的分子量為44，SCO₂=SH₂O X ( 18 / 44 )^1/2=2560 L/s。