ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие сведения по криоконденсационной откачке из "Вакуумные крионасосы" Принцип действия криоконденсационного насоса. Физическая сущность откачивающего действия крионасосов основана на том, что равновесное давление газов над поверхностью твердого тела, охлажденного до низких температур, может быть доведено до очень малых значений, т. е. на способности охлажденных поверхностей конденсировать и удерживать на себе за счет сил межмолекулярного взаимодействия молекулы газов. [c.6] Принципиально процесс низкотемпературной откачки упрощенно может быть представлен следующим образом. Газ, находящийся в некотором сосуде, с позиций молекулярно-кинетической теории представляет собой множество молекул, хаотично движущихся прямолинейно во всех направлениях. При этом молекулы газа непрерывно сталкиваются между собой, а также со стенками сосуда. После каждого столкновения скорости и направления их движения изменяются. Если в сосуд поместить поверхность и охладить ее до низкой температуры, то молекулы газа, ударяясь о нее, будут терять часть своей кинетической энергии и конденсироваться на ней, образуя твердый слой замороженных молекул газа. В результате этого в объеме будет создаваться и поддерживаться разрежение (вакуум). [c.6] В реальных условиях эта упрощенная модель не отражает весь комплекс явлений, сопровождающих процесс криооткачки. [c.6] Выяснение природы сил, удерживающих частицы газа на охлажденной поверхности, а также механизма кри-окондеисационного захвата молекул газов относится к числу одной из сложнейших проблем современной физики и является предметом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. [c.7] При изучении физического процесса криооткачки основное вни.мание уделяется взаимодействию падающей на охлажденную поверхность молекулы с поверхностью конденсированной фазы. [c.7] Силы межмолекулярного взаимодействия имеют электромагнитную, а также квантовомеханическую природу [1-1]. Опыты показывают, что межмолекулярные взаимодействия зависят от расстояния между молекулами. Действие этих сил проявляется на близких расстояниях (менее 10 см). [c.7] Взаимодействие в микромире выражается двумя одновременно действующими силами силами взаимного притяжения и отталкивания. [c.7] В основе процесса криооткачкп лежат силы межмолекулярного притяжения, и этот процесс представляет собой фазовый переход первого рода, характеризуемый расслоением системы на две фазы пар — твердое тело . [c.7] С термодинамической точки зрения криокоиденса-цпонная откачка представляет собой изобарно-изотермический процесс, который протекает самопроизвольно в направлении уменьшения свободной энергии системы газ — твердый конденсат . В главе рассматриваются основные процессы, обеспечивающие криоконденса-цнонную откачку. [c.7] Для описания состояния вещества и условий, при которых происходят в нем фазовые превращения, пользуются диаграммами состояний, построенными в координатах давление — температура [1-2]. Общий вид такой диаграммы представлен на рис. 1-2. На диаграмме нанесены линии равновесного состояния фаз линия ОБ соответствует равновесному состоянию парообразной и жидкой фаз линия О А —равновесному состоянию жидкой и твердой фаз линия СО — равновесному состоянию парообразной и твердой фаз. Этп липни разделяют плоскость диаграммы па три области область / правее линии СОВ соответствует газо- или парообразному состоянию вещества область II между линиями АО и ОВ соответствует жидкой фазе область III левее линии СОА соответствует твердой фазе. [c.8] При соприкосновении двух фаз в условиях, отличающихся от равновесного состояния, происходит переход вещества из одной фазы 1В другую. Непосредственно из диаграммы состояний видно, что процесс криоконденсационной откачки, т. е. процесс превращения газа (пара) в твердое состояние, минуя жидкую фазу, будет происходить только в том случае, если давление газа в объеме будет ниже давления в тройной точке. На рис. 1-2 направление процесса криооткачки изображено линией de. В точке f будет происходить десублимация, т. е. превращение газа в твердое состояние. [c.9] Таким образом, первым условием криооткачки является осуществление фазового перехода, происходящего в области со значениями параметров ниже тройной точки. Поскольку критическая температура всегда выше температуры в тройной точке, то при криооткачке имеют дело уже не с газами, а с их парами. Параметры тройных точек для наиболее технически важных газов представлены на табл. 1-1 [1-3]. [c.9] Другое условие осуществления криоконденсационной откачки состоит в том, что в процессе работы насоса на охлажденной поверхности в результате перехода газа в твердое состояние происходит постоянное выделение тепла, называемого теплотой конденсации. Поэтому для проведения этого процесса необходимо постоянно отводить теплоту конденсации и поддерживать температуру охлажденной поверхности на необ.хо-димом уровне. [c.9] Принципиальная конструктивная схема крионасоса, несмотря на все многообразие его выполнения, содержит, как правило, четыре основных конструктивных элемента крнонанель, теплозащитный экран, охлаждающее устройство и корпус [1-4]. [c.10] Криопаиель является основной (откачивающей) частью насоса и представляет собой поверхность (панель), охлажденную до криогенных температур. На криопанели осуществляется конденсация откачиваемых газов. [c.10] Теплозащитный экран обычно располагается между стенками корпуса и криопанелью м охлаждается до промежуточных температур между температурой стенки корпуса и температурой криопанели. Он служит для снижения тепловых нагрузок па криопаиель. Иногда не применяют теплозащитных экранов. В этом случае резко возрастают тепловые нагрузки на криопанель и соответственно требуются более мощные охлаждающие устройства. [c.10] Система охлаждения служит для предварительного охлаждения криопапели от комнатной до рабочей температуры, а также для компенсации тепловых нагрузок иа криопанель и поддержания криопанели на необходимом температурном уровне во время работы крионасоса. [c.10] Принципиальная конструктивная схема насоса представлена на рис. 1-3. Плоская крнопанель окружена теплозащитным экраном 2. Передняя часть экрана выполнена в виде оптически непрозрачных жалюзи , обеспечивающих проход газа к криопанели и исключающих возможность прямого теплового излучения на криопанель с теплых стенок корпуса 4 насоса. [c.11] Вернуться к основной статье