Осаждение газов на холодных поверхностях

Теплопроводность конденсированных (твердых) газов сильно зависит от их структуры и от того, как происходит конденсация. Различия в тепло-проводности могут достигать нескольких порядков! Т.к. при конденсации увеличивается толщина, то тепловое сопротивлении и, таким образом, температура поверхности возрастают, снижая быстроту действия насоса. Максимальная быстрота действия обновленного/регенерированного насоса указывается в качестве номинальной. Процесс осаждения различных газов в крионасосе протекает в три стадии: сначала смесь газов и паров попадает на экран, температура которого около 80К. здесь конденсируется большая часть паров Н2О и СО2. Оставшаяся часть покидает экран и осаждается на внешнюю часть криопанели второй ступени, охлажденной примерно до 10К. Здесь конденсируются такие газы как N2, O2, Ar. Остаются только Не, Н2 и Ne. Эти газы не могут откачиваться с помощью криопаненей и после нескольких соударений с теплозащитным экраном осаждаются на покрытых адсорбентом панелях (криосорбционные панели) путем криосорбции. Для этих целей конденсирующиеся в крионасосе газы разделены на три группы в зависимости от температуры в крионасосе, при которой из парциальное давление падает ниже 10-9 мбар:

Различия в механизмах осаждения

Криоконденсация – это физическое и обратимое осаждение молекул газа через силы Ван дер Вальса на сильно охлажденных поверхностях такого же материала. Энергия осаждения равна энергии испарения твердого газа, осажденного на поверхность, и понижается при увеличении толщины конденсата и повышении давлении пара. Криосорбция – это физическое и обратимое осаждение молекул газа через силы Ван дер Вальса на сильно охлажденных поверхностях такого же материала. Энергия осаждения равняется теплоте адсорбции, которая больше теплоты испарения. При образовании монослоя следующие молекулы проникают в поверхность с теми же свойствами (сорбент) и процесс превращается в криоконденсацию. Более высокая энергия для криоконденсации предотвращает дальнейший рост слоя конденсата снижая тем самым возможность адсорбции газов. Рекомендуется использование адсорбентов, таких как активированный уголь, силикогель, алюмогель и молекулярного сита, имеющих структуру пор с очень большой характерной площадью поверхности около 106 м2/кг.

Под криоулавливаением понимается присоединение газов с низкой точкой кипения, которые трудно откачивать (таких как водород) в матрицу газов, имеющих высокую температуру кипения и которые легко откачиваются (такие как Ar, CH4, CO2). При одинаковой температуре смесь конденсации имеет давление насыщенного пара, которое на несколько порядков ниже, чем давление чистого конденсата газа с низкой температурой кипения.