المضخة المبردة هي مضخة تفريغ تستخدم سطحًا بدرجة حرارة منخفضة لتكثيف الغاز ، وتُعرف أيضًا بمضخة التكثيف. يمكن للمضخة المبردة الحصول على فراغ نظيف بأعلى معدل ضخ وأدنى ضغط نهائي ، وتستخدم على نطاق واسع في البحث وإنتاج أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة ، بالإضافة إلى أبحاث الحزمة الجزيئية ، ومعدات الطلاء بالفراغ ، وأدوات تحليل سطح الفراغ ، والأيونات الغرسات وأجهزة محاكاة الفضاء ، إلخ.
مبدأ الضخ
يوجد داخل المبرد صفيحة باردة يتم تبريدها إلى درجة حرارة منخفضة جدًا بواسطة الهيليوم السائل أو الثلاجة. إنه يكثف الغاز ويحافظ على ضغط بخار المكثف تحت الضغط النهائي للمضخة ، وذلك لتحقيق تأثير الضخ. تتمثل الوظائف الرئيسية للضخ في درجات الحرارة المنخفضة في التكثيف بدرجة حرارة منخفضة ، والامتصاص بدرجة حرارة منخفضة ، والتقاط درجة حرارة منخفضة.
① Low temperature condensation: gas molecules condense on the surface of the cold plate or on the condensed gas layer, and the equilibrium pressure is basically equal to the vapor pressure of the condensate. When pumping air, the temperature of the cold plate must be lower than 25K; when pumping hydrogen, the temperature of the cold plate is lower. The thickness of the low-temperature condensation and extraction condensation layer can reach about 10 mm.
②Low temperature adsorption: The gas molecules are adsorbed on the surface of the adsorbent coated on the cold plate with a thickness of a monomolecular layer (in the order of centimeters). The equilibrium pressure for adsorption is much lower than the vapor pressure at the same temperature.
إذا كان ضغط بخار الهيدروجين مساويًا للضغط الجوي عند 20 ك ، فإن ضغط التوازن للامتصاص يكون أقل من باسكال عند امتصاص الهيدروجين بكربون منشط 20 ك. هذا يجعل من الممكن إجراء الضخ عن طريق الامتزاز المبرد في درجات حرارة أعلى.
③Cryogenic trapping: Gas molecules that cannot be condensed at the extraction temperature are buried and adsorbed by the growing layer of condensable gas.
بشكل عام ، فإن الضغط النهائي للمضخة هو ضغط بخار الغاز المكثف عند درجة حرارة اللوح البارد. عندما تكون درجة الحرارة 120 كلفن ، يكون ضغط بخار الماء بالفعل أقل من Pa. عند درجة حرارة 20 كلفن ، باستثناء الهيليوم والنيون والهيدروجين ، يكون ضغط بخار الغازات الأخرى أيضًا أقل من Pa.
ومع ذلك ، نظرًا لدرجات الحرارة المختلفة للحاوية التي يتم ضخها ولوحة التبريد المبردة ، يكون الضغط النهائي للمضخة أعلى من ضغط بخار المكثف.
بالنسبة لسفينة في درجة حرارة الغرفة ، مع لوح تبريد 20 كلفن ، يكون الضغط النهائي للمضخة حوالي 4 أضعاف ضغط بخار المكثف.