Kriosūknis ir vakuumsūknis, kas gāzes kondensēšanai izmanto zemas temperatūras virsmu, ko sauc arī par kondensāta sūkni. Kriosūknis ir vakuumsūknis ar zemāko maksimālo spiedienu un augstāko sūknēšanas ātrumu, lai iegūtu tīru vakuumu. To plaši izmanto pusvadītāju un integrālo shēmu izpētē un ražošanā, kā arī molekulāro staru izpētē, vakuuma pārklājuma iekārtās, vakuuma virsmas analīzes instrumentos, jonu implantātos un kosmosa simulācijās. ierīces utt.
Sūknēšanas princips ir aprīkots ar aukstuma plāksni, kas atdzesēta līdz ļoti zemai temperatūrai ar šķidru hēliju vai ledusskapi kriosūknī. Tas kondensē gāzi un uztur kondensāta tvaika spiedienu zem sūkņa maksimālā spiediena, lai panāktu sūknēšanas efektu. Zemas temperatūras sūknēšanas galvenās funkcijas ir zemas temperatūras kondensācija, zemas temperatūras adsorbcija un zemas temperatūras uztveršana.
①Zemas temperatūras kondensācija: gāzes molekulas tiek kondensētas uz aukstās plāksnes virsmas vai uz kondensētās gāzes slāņa, un līdzsvara spiediens būtībā ir vienāds ar kondensāta tvaika spiedienu. Sūknējot gaisu, aukstās plāksnes temperatūrai jābūt zemākai par 25K; sūknējot ūdeņradi, aukstās plāksnes temperatūra ir zemāka. Zemas temperatūras kondensācijas un ekstrakcijas kondensācijas slāņa biezums var sasniegt aptuveni 10 mm.
②Zemas temperatūras adsorbcija: gāzes molekulas tiek adsorbētas uz adsorbenta virsmas, kas pārklāta uz aukstās plāksnes ar monomolekulāra slāņa biezumu (10-8 cm secība). Adsorbcijas līdzsvara spiediens ir daudz zemāks nekā tvaika spiediens tajā pašā temperatūrā. Piemēram, ūdeņraža tvaika spiediens 20 K temperatūrā ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, un adsorbcijas līdzsvara spiediens ir zemāks par 10-8 Pa, kad 20 K aktivētā ogle absorbē ūdeņradi. Tas dod iespēju veikt sūknēšanu ar kriogēno adsorbciju augstākās temperatūrās.
③ Kriogēnā slazdošana: Gāzes molekulas, kuras nevar kondensēties ekstrakcijas temperatūrā, tiek apraktas un adsorbētas ar augošo kondensējamās gāzes slāni.
Vispārīgi runājot, sūkņa maksimālais spiediens ir kondensētās gāzes tvaika spiediens aukstās plāksnes temperatūrā. Ja temperatūra ir 120 K, ūdens tvaika spiediens jau ir zemāks par 10-8 Pa. Ja temperatūra ir 20 K, izņemot hēliju, neonu un ūdeņradi, arī citu gāzu tvaika spiediens ir zemāks par {{3} } Pa. Tomēr sūknētā tvertnes un kriogēnās aukstās plāksnes atšķirīgo temperatūru dēļ sūkņa maksimālais spiediens ir augstāks par kondensāta tvaika spiedienu. Tvertnei istabas temperatūrā ar 20K kriopaneli sūkņa maksimālais spiediens ir aptuveni 4 reizes lielāks par kondensāta tvaika spiedienu.
Tipa kriosūkņus iedala divos veidos: iesmidzināšanas šķidruma hēlija kriosūkņi un slēgtas ķēdes gāzes hēlija ledusskapja kriosūkņi.
①Injicēts šķidrā hēlija krio sūknis: tas galvenokārt sastāv no šķidrā hēlija tvertnes, sūkņa korpusa un šķidrā slāpekļa dobuma, kas savienots ar deflektoru. Lai samazinātu šķidrā hēlija patēriņu, šķidrā hēlija tvertnes ārējā siena izmanto divslāņu siltumizolācijas sienu un starp tām tiek evakuēta.
Kad sūknis ir iepriekš sūknēts līdz spiedienam 10-6 Pa, tajā tiek ielej šķidro slāpekli un šķidro hēliju, un gāze kondensējas uz darba aukstās plāksnes 4,2 K. Pēc priekšsūknēšanas hēlija un ūdeņraža daļējais spiediens ir aptuveni 10-12 Pa, tāpēc sūknis var iegūt maksimālo spiedienu zem 10-11 Pa. Ja šķidrā hēlija tvertne tiek evakuēta un atspiesta līdz 6650 Pa, šķidrā hēlija temperatūru var samazināt līdz 2,3 K un iegūt zemāku robežspiedienu.
②Slēgtas ķēdes gāzes hēlija ledusskapja kriogēnais sūknis: tas ir jauna veida kriogēnais sūknis, kas parādījās 1970. gados (attēlā). Šis sūknis nepatērē hēliju, ir viegli darbināms, viegli kopjams un tiek izmantots arvien vairāk. Ledusskapja dzesēšanas vide ir gāzes hēlijs, primārās aukstuma plāksnes temperatūra ir 50-100K, ko izmanto ūdens tvaiku kondensēšanai un citu gāzu priekšdzesēšanai; sekundārās aukstuma plāksnes temperatūra ir 10-20K, ko izmanto slāpekļa, skābekļa un argona un citu gāzu kondensēšanai.
Sekundārās aukstuma plāksnes iekšējā virsma ir pārklāta ar aktivēto ogli. Aktivētās ogles īpatnējais virsmas laukums ir 500-2500 m2/g, un tai ir spēcīga hēlija, neona un ūdeņraža adsorbcijas spēja zemā temperatūrā. Aukstā plāksne ir izgatavota no vara, kas nesatur skābekli, un virsma ir pulēta līdz spoguļa līmenim, lai samazinātu emisijas spēju. Sūkņa maksimālais spiediens ir 10-7 ~ 10-8 Pa, darba spiediena diapazons ir 10-1 ~ 10-7 Pa, un pirmssūknēšanas spiedienam ir jābūt 1 Pa. .
Gatavā produkta sūknēšanas ātrums ir sasniedzis 60,000 litrus sekundē (1 litrs=10-3 m3). Turklāt saskaņā ar procesa īpašībām gaisa nosūkšanas aukstuma plāksni var novietot sūknētajā tvertnē, un gaisa ekstrakcijas ātrums var sasniegt vairāk nekā 106 litrus sekundē.
Zema siltuma slodze Eļļas sūkņa siltumslodze galvenokārt ir gāzes kondensācijas siltums un apkārtējās sienas starojuma siltums, kas vērsts pret darba aukstuma plāksni. Kondensācijas siltums ir saistīts ar gāzes veidu. Slāpeklim pie 80K un 133,322 Pa litriem kondensācijas siltums uz 20K aukstās plāksnes ir 0.3-0.6 džouli.
Izstarojuma siltums, ko saņem darba aukstā plāksne, ir proporcionāls starpībai starp apkārtējās sienas paneļa temperatūras 4. jaudu un darba aukstās plāksnes temperatūru. Tāpēc 4,2 K un 20 K darba aukstās plāksnes ir ekranētas ar 50-100K aukstuma plāksnēm, lai samazinātu izstarojošo siltumu, ko saņem darba aukstās plāksnes.