크라이오펌프의 펌핑 원리

크라이오펌프에는 액체헬륨이나 냉장고에 의해 극저온까지 냉각되는 콜드플레이트가 장착돼 있다. 가스를 응축시켜 응축수의 증기압을 펌프의 최종 압력보다 낮게 유지함으로써 펌핑 효과를 얻습니다. 저온 펌핑의 주요 기능은 저온 응축, 저온 흡착 및 저온 포집입니다. ① 저온응결: 가스분자가 냉각판 표면이나 응축된 가스층에 응축되며, 이들의 평형압력은 기본적으로 응축수의 증기압과 동일하다. 공기를 펌핑하는 경우 냉각판 온도는 25K보다 낮아야 하며, 수소를 펌핑하는 경우 냉각판 온도는 더 낮아야 합니다. 저온 응축 배기 응축층의 두께는 약 10mm에 이릅니다. ② 저온 흡착 : 단일 분자층 두께(10~8cm 정도)로 냉각판에 코팅된 흡착제 표면에 가스 분자가 흡착됩니다. 흡착의 평형압력은 같은 온도에서의 증기압력보다 훨씬 낮다. 예를 들어, 20K에서 수소의 증기압은 대기압과 같습니다. 활성탄을 사용하여 20K에서 수소를 흡수하면 흡착 평형 압력은 10-8 Pa보다 낮습니다. 이는 더 높은 온도에서 극저온 흡착을 통해 공기를 펌핑하는 것을 가능하게 합니다. ③ 저온 포집 : 펌핑 온도에서 응축될 수 없는 가스 분자는 성장하는 응축성 가스층에 묻혀 흡착됩니다.

일반적으로 펌프의 최종 압력은 냉각판 온도에서 응축된 가스의 증기압입니다. 온도가 120K일 때 물의 증기압은 10-8Pa보다 낮습니다. 온도가 20K일 때 헬륨, 네온, 수소를 제외한 다른 가스의 증기압도 10-8Pa보다 낮습니다. 그러나 펌핑된 용기와 저온 냉각판 사이의 온도 차이로 인해 펌프의 최종 압력은 응축수의 증기압보다 높습니다. 실온 용기의 경우 극저온 플레이트가 20K일 때 펌프의 최종 압력은 응축수 증기압의 약 4배입니다.