關于液氦冷凝泵的工作壽命
發布時間:2019-05-07 19:23:56 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
要使液氦冷凝泵具有實際價值,還必須提高泵的工作壽命,即延長一次充入液氦后的存貯時間。由于液氦的焓值極低,加之泵結構較為復雜,若不采取有效的屏蔽和保護措施,液氦的耗量將是十分可觀的,其工作壽命甚至只有幾小時(視泵的液氦容量大小而定)。這會帶來諸如使用、操作等一系列麻煩,特別當要求系統長時間連續運轉時,由于泵I作壽命的限制,將產生致命的弱點,因而必須予以充分重視。
泵的設計
如上所述,設計一臺實際應用的液氦冷凝泵,s*先應該考慮的問題是如何克服冷凝氫氣的“反常特性”和如何提高泵的工作壽命。
國外也對冷凝氫氣的這一反常行為進行了實驗研究。氫氣蒸氣壓偏離克勞修斯一克拉柏龍方程而變得異常高是因為氫氣發生解吸的緣故。氫氣的解吸是由于真空系統中較溫暖部分的紅外熱輻射而引起的。冷凝氫氣的解吸還與低溫面襯底性質有密切關系。基于這些因素,液氦冷凝泵應設計為:①用≤77K的冷障板(須具有z*佳分子侑射傳輸比)z*大限度減小室溫輻射傳輸;②用一種理想襯底材料的低溫表面,以保證在給定的輻射負荷下冷凝氫氣的解吸壓z*低。
從提高泵工作壽命的角度來看,主要是千方百計地減小泵的熱負荷、降低液氦的消耗。根據熱力學原理,應采取如下措施:①低溫抽氣表面用涂黑的液氮冷障板加以屏蔽。②整個液氦冷凝器的四周由表面鍍銀的液氮容器包圍。③在液氦冷凝器內外圓筒壁之間的空間里充入一定量的氖氣,并加以密封。當溫度高于20K時,氖氣起到一種良好的氣體熱傳導作用,從而能充分利用冷卻泵時離散冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻;當溫度低于20K時,氖氣發生凝結并造咸夾層空間的真空狀態,從而能提供所希望的熱絕緣以減小冷凝面上氣體的熱解吸。④在液氦冷凝器和液氮容器之間裝設一防輻射屏(外側鍍銀,內側涂黑),并由自然蒸發而離散的冷氦氣加以冷卻(屏的溫度可達30K左右),從而大大減小周圍環境的輻射熱負荷。⑤冷凝泵頸管材料應具備熱傳導率低而機械強度高等優良特性。同時,在設計過程中應盡量減小頸管壁厚而增加其長度,以z*大限度地減小熱傳導損失。⑥頸管內壁必須涂黑,以減小室溫熱輻射。計算表明,涂黑頸管與完全鏡面反射頸管的室溫輻射傳輸量約相差3個數量級之多。
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