圖16-26為貯槽式液氦冷凝
泵的結(jié)構(gòu)示意圖。該泵主體由鍍銀的不銹鋼液氦冷凝器(其底面為低溫抽氣表面)及帶有液氮冷障板的液氮容器構(gòu)成。表16-11列出了該泵的主要特征尺寸。
(1)液氦冷凝器
液氦冷凝器由底(抽氣面)和內(nèi)外圓筒構(gòu)成,材料為不銹鋼。底表面是鍍銀的,因?yàn)殂y是迄今所使用的材料中能產(chǎn)生z*低氫氣飽和蒸氣壓的材料,又因?yàn)殂y又是z*好的紅外反射材料,為了進(jìn)一步減小輻射熱負(fù)荷,所以液氦冷凝器的外壁也是鍍銀的。
在液氦冷凝器內(nèi)外筒之閭的空間里充人大約50540Pa的氖氣,可起到一種“熱開關(guān)”的作用。如前所述,隨著溫變過(guò)程的進(jìn)行,既能使冷凝器外壁很快冷卻下來(lái),又能提供z*終所希望的
真空絕熱。
(2)冷障板
采用液氮溫度下的人字形障板。因?yàn)檫@種障板的分子和熱輻射傳輸?shù)木C合性能非常適合于液氦冷凝泵的特點(diǎn)。其主要作用是能大大減小到達(dá)冷凝抽氣面的室溫輻射量。這不但有助于克服冷凝氫氣的反常行為,亦能大大降低液氦的損耗。另一方面,增加障板必然降低泵的抽速。因此,二者必須適當(dāng)兼顧。為使前者效果明顯,后者影響較小,整個(gè)障板表面作了陽(yáng)極化發(fā)黑處理(經(jīng)測(cè)其發(fā)射率≥0.9),而障板角度選為120°和90°兩種形式。當(dāng)采用900人字形障板時(shí),測(cè)得抽氣表面對(duì)氫氣的比抽速為
。
(3)中間屏
根據(jù)液氦冷凝泵的熱負(fù)荷計(jì)算,如果頸管設(shè)計(jì)合理(壁薄而管長(zhǎng)),則由此引起的傳導(dǎo)熱只占總熱負(fù)荷的較小部分,而絕大部分熱負(fù)荷是由液氮壁面的熱輻射引起的。另一方面,在正常消耗過(guò)程中不斷蒸發(fā)而成的離散氦氣的冷量,絕大部分不能被充分有效地利用而白白流失掉。
為此,在液氦冷凝器與液氮容器之間增設(shè)一中間防輻射屏,由離散的冷氦氣予以冷卻,其平衡溫度可達(dá)30K,遠(yuǎn)詆于液氮溫度。這樣既能充分利用氦氣的冷量,又能大大減小輻射引起的液氦損壞
該屏組件由不銹鋼制成,屏筒壁厚為0.8mm。屏的外表面是鍍銀的,以使整個(gè)屏筒具有良好的熱傳導(dǎo)性;同時(shí),能減小所吸收的輻射熱負(fù)荷。屏的內(nèi)表面作了發(fā)黑處理,以保證由冷障板發(fā)出而進(jìn)入冷凝器和中間屏之間環(huán)形間隙的輻射熱僅有一小部分被吸收在氦冷凝器壁上。無(wú)疑,在這種情況下,可大大減小冷凝的液氦損耗,因而能提高泵的使用壽命。然而,卻增加了泵的制作難度。
(4)液氮容器
液氮容器由雙層不銹鋼筒制成,夾層內(nèi)充入液氮以使其冷卻到大約77K。該夾層液氮貯量為17L。該容器內(nèi)外壁經(jīng)鍍銀處理,以減小表面的發(fā)射率。在結(jié)構(gòu)上,冷障板通過(guò)螺釘聯(lián)接同該容器底部固定在一起,并且通過(guò)熱傳導(dǎo)使之冷卻到所要求的溫度。為了進(jìn)一步減小液氦損耗及抑制氫氣的解吸效應(yīng),可通過(guò)液氮減壓,以降低壁表面和障板溫度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(5)外容器
外容器亦即泵的z*外層筒(由不銹鋼制成)。由于其內(nèi)壁(處于室溫狀態(tài))是該泵的主要放氣源,因此,在很大程度上決定著泵所能達(dá)到的z*好真空度。
為了盡可能減小壁表面的放氣速率,采取高
真空爐退火去氣的處理工藝。去氣規(guī)范是溫度為1000℃,工作壓力范圍為10^3Pa—10^4Pa,保溫時(shí)間約8h。泵整體組裝后,還要在300℃~350℃和10^4Pa下原位烘烤數(shù)十小時(shí),再冷卻到室溫,此時(shí)泵壁面的放氣速率可大大減小,因此能獲得極好的真空度。