小型闭循环氦致冷机低温泵的结构设计与特点

引言低温抽气是利用低温表面和低温吸附介质来冷凝和吸附气体从而获得并保持真空的一种装置。它具有清洁无油、使用灵活、抽速大和工作压强范围宽等优点。特别是致冷机低温泵还具有结构简单,操作方便,能连续工作,寿命长等特点。因此它被广泛地应用于空间模拟、受控热核反应、高能物理、等离子体物理、电子学、极高真空技术、真空镀膜等领域,具有较强的生命力。 ZDB—150型低温泵是用小型闭循环氦致冷机冷却的,泵口直径为150毫米,该泵是在我院研制成功G—M氦循环致冷机的基础上进行设计和制造的。致冷机的致冷原理,是基于气体的膨胀,──西…     

低温抽气

本文对低温抽气进行了评述。强调了这种抽气方法的普适性、高的有效抽速以及宽的工作气压。介绍了基本理论以及在实际情况下的修正。把低温泵分成二大类：低温吸附泵和冷凝泵，这以表面复盖小于或大于五个单分子层来划分。作为例子举出了五种低温泵：①裸表泵。②带疏松吸附剂的泵。③带有粘结吸附剂的泵。④利用极低温的冷凝层的泵。⑤冷凝泵。     

镀膜设备上致冷机低温泵的工作性能

迄今为止’人们都喜欢用扩散和涡轮分子泵作为镀膜设备的抽气手段。随着操作可靠和不用保养的低温致冷机的发展，使低温泵同样能应用于镀膜设备。 本文所介绍的试验是使用一台在２０°Ｋ工作温度下具有１０瓦致冷功率的低温泵，其对氮的抽速为４５００升／秒，对氢为７０００升／秒。对氢具有这样高的抽速，这对镀膜设备正是特别重要，在低温面上涂上活性碳才能达到这样高的抽速。     

一种新型结构的致冷机低温泵

致冷机低温泵的抽气效率主要取决于冷阵的结构，为了提高抽气效率，在结构设计上所需采取的措施往往是互相矛盾的，难以协调，致使目前的致冷机低温泵对 Ｈ２、 Ｈｅ、 Ｎｅ这类非凝性气体的抽气效率都较低，这一弱点对于小口径致冷机低温泵尤为突出。 本文着重分析了冷阵结构对致冷机低温泵抽气效率和其它性能的影响因素，提出了结构设计的基本原则，介绍了作者依此而设计出的一种新型冷阵结构的致冷机低温泵。结构设计是借助了蒙特卡洛方法而完成的。作者在口径为φ１５０毫米的致冷机低温泵中使用了这种结构，进行了性能测试，实验结果同理论计算值基本一致。 测试结果表明，该泵对Ｎ２、Ａｒ等可凝性气体的抽气效率为０．３６～０．３７，接近国外同口径致冷机低温泵的最高指标（０．３８），对Ｈ２、Ｈｅ，等非凝性气体的抽气效率达０．２６，大大超过了国外同口径致冷机低温泵的最高指标（０．１３）。     

ZDB 500K小型致冷机低温泵机组通过技术鉴定

中国科学院兰州近代物理研究所委托航天工业部510所研制的 ZDB 500K 小型致冷机低温泵抽气机组,于1984年9月17日至9月19日在兰州通过技术鉴定。来自高等院校、研究所、工厂的代表,对低温泵的抽气性能逐项进行了测试,实测结果表明,泵的抽气性能,全部优于原定指标,达到了八十年代国外同类产品水平。其中,泵对惰性气体的抽速较高。     

真空技术用的低温泵

对于确实不存在碳氢化合物的真空过程，到目前为止主要是使用溅射离子泵，它常和钛升华泵组合，称之为“干”泵系统。研制用氦作为致冷剂的高效率、操作安全的低温致冷器就有可能产生封闭循环的低温泵结构。采用这种真空泵也同样能获得“干”式真空。此外，这种泵的优点是能在大于１０－４毫巴的较高压强和较高气体量下得到应用。 氢在１２至２０Ｋ的工作温度下仍具有高的蒸汽压强，为了获得对氢的高抽速和低的分压强，就有必要研制合适的吸附剂。对固体吸附剂上的物理吸附和在２０Ｋ温度下的冷凝ＣＯ２层上的低温捕集效应作了比较，其结果表明，第一种方法在应用中比较简单。应用活性碳就能吸附大量的分压强极低的氢。 在这些经验的基础上研究了致冷器型低温泵的各种不同的解决方法。采用这一些方法，在２０Ｋ和约 １瓦特致冷功率下达到最佳抽速。 无论如何，处于最低温度的低温面用一个较高温度（约８０Ｋ）辐射屏来屏蔽，屏的型式采用透气性好的人字形挡板，这样，易冷凝气体（水蒸汽）就冷凝于挡板上。对于这种屏所需要的致冷功率与决定水蒸汽抽速的几何尺寸和辐射热量有关。若环境温度接近于室温，则低温泵就完全可以构成一个整体式系统，这两级温度的致冷功率由同一致冷器提供。可是，假如所要求     

10~(-13)托的液氦低温冷凝泵

本文介绍了超高真空校准装置用的液氦低温冷凝泵的性能。 该泵的特点是泵体的双层外壁用液氮冷却作为液氮屏蔽,而未采用泵内的液氮屏蔽挡板。极限真空度高,抽速大,满足了校准装置的要求。 液氮低温冷凝泵在4.2K时测得极限真空为1.2 ×10～-12托,抽速为6500升/秒(对干燥氮气)。减压降温接近2K时,极限真空为 10～-13托,对氢气抽速为11000升/秒。 一、引言 低温冷凝泵是利用致冷剂将固体表面冷到极低温度,使气体碰在冷凝表面上被凝结,从而产生抽气作用的。这种抽气过程基本上是一种物理吸附过程。它的抽速仅与低温表面或低温板的面积、几何形…     

CFETR堆芯真空室抽气系统的初步设计

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)堆芯真空室的尺寸、偏滤器工作气压及抽气要求,模拟计算出低温泵在偏滤器口对燃料粒子的有效抽速约43 m~3/s,运用粒子平衡法计算出堆芯真空抽气所需的低温泵的数量,并验证了氦灰抽除的可行性和分析了低温泵对氚滞留的情况。通过计算堆芯真空室抽极限真空所需要的抽速和前级抽气系统的平均有效抽速,初步设计了维持泵的数量和预抽气的前级泵组。CFETR堆芯真空抽气的初步设计为后续真空系统的工程设计及建造提供了理论依据。     

关于举办致冷机低温泵学习班的通知

随着表面科学、电子、半导体、镀膜等技术的发展,迫切需要具有清洁无油、耐腐蚀、工作压强范围广等特点的致冷机低温泵,目前国内已研制、生产了此种设备,为适应推广、应用这种泵的需要,中国真空学会真空获得技术专业委员会将于十月下旬,在南京工学院电子工程系举办为时十六天的致冷机低温泵学习班,人数五十人左右,有理论讲授、讲座及实检,其详细内容及报名具体办法另见报名通知单。 讲授内容; 1.低温抽气的理论基础; 2.致冷机低温泵的抽气模式及参量分析; 3.致冷机低温泵的结构及设计; 4.低温泵的冷源──小型致冷机; 5.低温泵的特性测试及…     

致冷机低温泵中光屏蔽问题的探讨

低温泵一级冷阵对外界热辐射的屏蔽效果将直接影响到泵的抽气速率、极限压强、抽气容量、致冷时间等抽气性能。本文作者从低温泵冷阵的整体结构进行全盘考虑，对致冷机低温泵一级冷阵的光屏蔽性能做了研究．作者用蒙特卡洛方法模拟光子在致冷机低温泵中的运动，从而计算出一级冷阵的光子透射率和二级冷阵对光子的吸收率，以此分析了冷阵表面不同部位上，不同的发射系数对屏蔽作用的影响，并根据不同的物理模型做了对比性计算，同时对部分计算结果进行了实验验证。得到了较为满意的结果。这项研究工作对低温泵冷阵结构的设计和冷阵表面处理工艺的选择具有一定参考价值。     

低温抽气──工艺和应用

低温抽气是在温度很低的表面上冷凝气体的过程,现在已证明这是在自由分子流范围内获得最清洁真空的方法之一。它能消除油扩散抽气系统存在的污染的危险性并建立一个很安全的环境。其它固有的特点包括:对所有的可冷凝气体都有很大的抽速,真空室的开始粗抽和低温泵的定期再生仅需要粗抽泵。大部分低温泵可以用任何角度安装,并能耐大气偶然漏入。 为了适应空间模拟方面应用需要建立极清洁的真空环境而研制了低温泵。作为初期研究成果,低温泵已经广泛地用于要求清洁表面和工作可靠的薄膜溅射和蒸发工艺,半导体、光学镀膜和装饰镀膜。 低温泵的主…     

低温泵的新发展

本文评述了小型致冷机低温泵，对氦、氢吸附抽除及供核聚变实验用超大型低温泵。     

闭循环致冷机低温泵的特性

序言 今天,低温泵大量地利用,尤其是需要10-8—10-9托的压强范围,完全无碳氢化合物所污染的场所。闭循环气氦低温泵的工作原理和特性是众所周知的。其中,特别值得注意的是如下几点。 ──对轻分子量的气体(例如H2和He)具有足够的抽气容量。 ──在任何方向的工作能力 ──泵偶然暴露大气,如果时间不太常,不会危及泵的工作。 在设计低温泵中最基本的方面之一是选择第一和第二级的抽气表面。也必须找到抽速和致冷时间之间的正确权衡。本文报道了这方面的研究结果,根据上述研究结果,描述了 kT/1000型低温泵的抽气特性。 实验步骤 我们试验了…     

低温抽气的超高真空系统的烘烤

考虑到超高真空系统烘烤期间低温泵的热负载问题,介绍一种简单的热挡板,该结构允许烘烤到200℃,而且在系统正常工作期间不影响低温泵的高抽速。 获得清洁的超高真空(UVH)的先决条件是能够烤烘真空室,使放气减到最少。这样的系统常用溅射离子泵或扩散泵抽气。但主泵的选用可有多种的考虑。近来,涡轮分子泵和低温泵已经成为经济可行的替换泵种,这就为用户在真空获得手段的选择方面有了更大的回旋余地。由氦气深冷致冷器冷却的低温泵[1],其工作原理是将可冷凝的各种气体冻结在一系列冷板上,并将剩余的气体低温吸附在保持8～15K的活性碳表面。…     

可换式抽气面结构的致冷机低温泵

本文设计了一种口径为φ２００毫米的可换式抽气面结构的致冷机低温泵，粘有吸附剂的抽气板用可拆紧固件固定，具有易装和更换的优越性，其冷阵结构使非凝性气体易流向吸附剂材料。作者分析了冷阵结构与低温泵抽气性能的关系，并用Ｏａｔｌｅｙ—ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法对一、二级冷阵结构参数进行了优化，使该泵抽气效率的设计计算值达到了较高水平，对 Ｎ２为０．４０， Ｈ２为０．２２５，尤其对 Ｈ２，远远超过了国外同口径致冷机低温泵的最高指标（０．１５）。     

制冷机低温泵的抽速测量

为了简便地、正确地测定制冷机低温泵的抽气速率，回顾了泵的抽速测量发展过程和现行测试规范的制定。分析了制冷机低温和扩散泵特性的相似性。认为测试罩的几何尺寸、进气管的位置与进气管的位置与进气方强的正确测量。它们都与本征抽速的测量方法有关。用两种测试方法对我们研制的ＺＤＢ－５００Ｋ制冷机低温泵的抽速进行了测量，并对测量结果进行了分析。认为ＩＳＯ中为扩散泵抽速测量所制定的规范对制冷机低温泵是适用的。     

低温泵的特性和原理

低温泵是一种利用温度极低的冷却表面(≤77K)的冷凝作用,把气体从系统内部排除的真空泵。60年代以来,低温抽气在真空的获得和应用中有了越来越广泛的应用。低温泵是一种清洁的真空泵。因为低温介质只是一种对泵的抽气表面起冷却作用并在封闭容器中存贮或循环的冷剂,因而不与真空空间发生任何接触。这一特点对于某些要求清洁无油的真空系统来说是至关重要的。低温泵对大多数气体都能获得极低的分压和极高的抽速。当低温泵在液氦介质下工作时,还具有很大的实际抽气能力和抽气的无选择性(氦除外)等优点。     

低温抽气的实验冶金装置(节译)

本文涉及到无坩埚高熔点金属的热处理和区域熔炼所设计的实验冶金装置的有关问题。一只１０千瓦电子束枪用作加热器。该装置仅用低温泵从大气压抽到 １０－１０托的极限真空。井特别注意到对氢的抽气作用。本文还对抽氢效率达１０４升／秒的氦吸附和冷凝低温泵的特性进行了实验。业已发现：吸附泵的液氦耗量是４０～５０厘米３／小时，而对冷凝泵的液氦耗量是 ７厘米３／小时。实践证明，具有冷到２．３Ｋ表面的冷凝泵，其应用似乎是最为有效的。     

制冷机低温泵抽速测试方法探讨

本文指出用常规的抽速测试方法来测量制冷机低温泵的抽速是不合理的。根据低温泵的特点以及对低温抽气研究的回顾，对低温泵的抽速测试罩进行了理论分析，并给出了压强的理论计算误差，据此推荐了几种制冷机低温泵的抽速测试方法。本文最后介绍了最新研制成功的ＺＤＢ－１３００制冷机低温泵的抽速测试。     

国内部分

90068 制冷机的负载对低温泵抽气特性的粉影响真空,1989,(5),1～6 讨论了制冷机负载特性的变化对现代低温泵的抽速、极限压强、抽气容量等抽气特性的影响。作为现代低温泵冷源的微型制冷机,在某些工况下,实际净制冷量随制冷温度、氦压力差等因素而变化,一级冷头负载的大小对二级冷头温度也有明显的影响。当影响严重时,会使泵无法工作。提出了维持低温泵正常工作的办法。