Kriosiurblys yra vakuuminis siurblys, kuris naudoja žemos temperatūros paviršių dujoms kondensuoti, taip pat žinomas kaip kondensato siurblys. Kriosiurblys yra vakuuminis siurblys, turintis mažiausią galutinį slėgį ir didžiausią siurbimo greitį, kad būtų užtikrintas švarus vakuumas. Jis plačiai naudojamas tiriant ir gaminant puslaidininkius ir integrinius grandynus, taip pat molekulinio pluošto tyrimus, vakuuminio dengimo įrangą, vakuuminės paviršiaus analizės prietaisus, jonų implantatorius ir erdvės modeliavimą. prietaisai ir kt.
Siurbimo principas aprūpintas šalta plokšte, aušinama iki labai žemos temperatūros skystu heliu arba šaldytuvu kriosiurblyje. Jis kondensuoja dujas ir palaiko kondensato garų slėgį žemiau didžiausio siurblio slėgio, kad būtų pasiektas siurbimo efektas. Pagrindinės žemos temperatūros siurbimo funkcijos yra žemos temperatūros kondensacija, žemos temperatūros adsorbcija ir žemos temperatūros fiksavimas.
① Žemos temperatūros kondensacija: dujų molekulės kondensuojasi ant šaltos plokštės paviršiaus arba ant kondensuotų dujų sluoksnio, o pusiausvyros slėgis iš esmės yra lygus kondensato garų slėgiui. Siurbiant orą, šaltos plokštės temperatūra turi būti žemesnė nei 25K; siurbiant vandenilį šaltos plokštės temperatūra yra žemesnė. Žematemperatūrinio kondensacinio ir ištraukiamojo kondensato sluoksnio storis gali siekti apie 10 mm.
②Žemos temperatūros adsorbcija: dujų molekulės adsorbuojamos ant adsorbento paviršiaus, padengto šaltoje plokštelėje monomolekulinio sluoksnio storiu (10-8 cm eilės tvarka). Adsorbcijos pusiausvyros slėgis yra daug mažesnis nei garų slėgis toje pačioje temperatūroje. Pavyzdžiui, vandenilio garų slėgis esant 20 K yra lygus atmosferos slėgiui, o adsorbcijos pusiausvyros slėgis yra mažesnis nei 10-8 Pa, kai 20 K aktyvintoji anglis sugeria vandenilį. Tai leidžia siurbti kriogeninės adsorbcijos būdu aukštesnėje temperatūroje.
③ Kriogeninis gaudymas: dujų molekulės, kurių negalima kondensuoti esant ekstrahavimo temperatūrai, yra užkasamos ir adsorbuojamos augančio kondensuojamų dujų sluoksnio.
Paprastai tariant, didžiausias siurblio slėgis yra kondensuotų dujų garų slėgis šaltos plokštės temperatūroje. Kai temperatūra yra 120 K, vandens garų slėgis jau yra mažesnis nei 10-8 Pa. Kai temperatūra yra 20 K, išskyrus helio, neono ir vandenilio, kitų dujų garų slėgis taip pat yra mažesnis nei {{3} } Pa. Tačiau dėl skirtingos siurbiamosios talpyklos ir kriogeninės šaltosios plokštės temperatūrų galutinis siurblio slėgis yra didesnis nei kondensato garų slėgis. Kambario temperatūros inde, kurio kriopanelis yra 20K, didžiausias siurblio slėgis yra maždaug 4 kartus didesnis už kondensato garų slėgį.
Tipiniai kriosiurbliai skirstomi į du tipus: įpurškimo skysčio helio kriosiurbliai ir uždaros grandinės dujiniai helio šaldymo siurbliai.
①Įpurškiamas skysto helio kriosiurblys: daugiausia sudarytas iš skysto helio talpyklos, siurblio korpuso ir skysto azoto ertmės, sujungtos su pertvara. Siekiant sumažinti skysto helio suvartojimą, skysto helio talpyklos išorinė sienelė yra padengta dviejų sluoksnių šilumos izoliacijos sienele ir tarp jų yra evakuojama.
Kai siurblys iš anksto pumpuojamas iki 10-6 Pa slėgio, į jį pilamas skystas azotas ir skystas helis, o dujos kondensuojasi ant veikiančios 4,2K šaltos plokštės. Po išankstinio siurbimo helio ir vandenilio dalinis slėgis yra 10-12 Pa, todėl siurblys gali pasiekti didžiausią slėgį, mažesnį nei 10-11 Pa. Jei skysto helio talpykla yra evakuota ir sumažinama iki 6650 Pa, skysto helio temperatūrą galima sumažinti iki 2,3 K ir galima gauti apatinį ribinį slėgį.
②Uždarosios grandinės dujinio helio šaldytuvo kriogeninis siurblys: tai naujo tipo kriogeninis siurblys, kuris pasirodė aštuntajame dešimtmetyje (nuotraukoje). Šis siurblys nevartoja helio, yra lengvai valdomas, lengvai prižiūrimas ir vis dažniau naudojamas. Šaldytuvo šaldymo terpė yra dujinis helis, pirminės šaldymo plokštės temperatūra yra 50-100K, kuri naudojama vandens garams kondensuoti ir iš anksto aušinti kitas dujas; antrinės šaltosios plokštės temperatūra yra 10-20K, kuri naudojama azotui, deguoniui ir argonui bei kitoms dujoms kondensuoti .
Vidinis antrinės šaldymo plokštės paviršius padengtas aktyvuota anglimi. Aktyvintos anglies specifinis paviršiaus plotas yra 500-2500 m2/g, o žemoje temperatūroje ji turi stiprią helio, neono ir vandenilio adsorbciją. Šalta plokštė pagaminta iš vario be deguonies, o paviršius nupoliruotas iki veidrodinio lygio, kad būtų sumažinta spinduliuotė. Galutinis siurblio slėgis yra 10-7 ~ 10-8 Pa, darbinio slėgio diapazonas yra 10-1 ~ 10-7 Pa, o slėgis prieš siurbimą turi būti 1 Pa .
Gatavo produkto siurbimo greitis pasiekė 60,000 litrų per sekundę (1 litras=10-3 m3). Be to, atsižvelgiant į proceso ypatybes, siurbiamame konteineryje gali būti įrengta oro ištraukimo šalto plokštė, o oro ištraukimo greitis gali siekti daugiau nei 106 litrus per sekundę.
Maža šilumos apkrova Alyvos siurblio šiluminę apkrovą daugiausia sudaro dujų kondensacijos šiluma ir aplinkinės sienos, nukreiptos į veikiančią šaltą plokštę, spinduliavimo šiluma. Kondensacijos šiluma priklauso nuo dujų rūšies. 80K ir 133,322 Pa litrų azoto kondensacijos šiluma ant 20K šaltos plokštės yra 0.3-0.6 džaulio.
Spinduliavimo šiluma, kurią gauna darbinė šaltoji plokštė, yra proporcinga skirtumui tarp aplinkinės sienos plokštės temperatūros 4 laipsnio ir darbinės šaltos plokštės temperatūros. Todėl 4,2K ir 20K darbinės šaltos plokštės yra ekranuotos 50-100K šaltomis plokštėmis, kad sumažintų spinduliuojamą šilumą, kurią gauna darbinės šaltos plokštės.