Cryopump เป็นปั๊มสุญญากาศที่ใช้พื้นผิวที่มีอุณหภูมิต่ำเพื่อควบแน่นก๊าซ หรือที่เรียกว่าปั๊มคอนเดนเสท เครื่อง Cryopump สามารถรับสุญญากาศสะอาดด้วยอัตราการสูบน้ำสูงสุดและแรงดันสูงสุดต่ำสุด และใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยและการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และวงจรรวม ตลอดจนการวิจัยลำแสงโมเลกุล อุปกรณ์เคลือบสูญญากาศ เครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิวสูญญากาศ ไอออน รากฟันเทียมและอุปกรณ์จำลองอวกาศ ฯลฯ ด้าน
หลักการสูบน้ำ
ข้างใน cryopump เป็นแผ่นเย็นที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวหรือตู้เย็นที่อุณหภูมิต่ำมาก มันควบแน่นก๊าซและรักษาความดันไอของคอนเดนเสทให้ต่ำกว่าความดันสูงสุดของปั๊ม เพื่อให้บรรลุผลการสูบน้ำ หน้าที่หลักของการสูบน้ำที่อุณหภูมิต่ำคือการควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำ การดูดซับที่อุณหภูมิต่ำ และการจับที่อุณหภูมิต่ำ
① Low temperature condensation: gas molecules condense on the surface of the cold plate or on the condensed gas layer, and the equilibrium pressure is basically equal to the vapor pressure of the condensate. When pumping air, the temperature of the cold plate must be lower than 25K; when pumping hydrogen, the temperature of the cold plate is lower. The thickness of the low-temperature condensation and extraction condensation layer can reach about 10 mm.
②Low temperature adsorption: The gas molecules are adsorbed on the surface of the adsorbent coated on the cold plate with a thickness of a monomolecular layer (in the order of centimeters). The equilibrium pressure for adsorption is much lower than the vapor pressure at the same temperature.
หากความดันไอของไฮโดรเจนเท่ากับความดันบรรยากาศที่ 20K ความดันสมดุลของการดูดซับจะต่ำกว่า Pa เมื่อดูดซับไฮโดรเจนด้วยถ่านกัมมันต์ 20K ทำให้สามารถปั๊มได้โดยการดูดซับที่อุณหภูมิสูงขึ้น
③Cryogenic trapping: Gas molecules that cannot be condensed at the extraction temperature are buried and adsorbed by the growing layer of condensable gas.
โดยทั่วไป ความดันสูงสุดของปั๊มคือความดันไอของก๊าซควบแน่นที่อุณหภูมิของแผ่นทำความเย็น เมื่ออุณหภูมิ 120K ความดันไอของน้ำจะต่ำกว่า Pa แล้ว ที่อุณหภูมิ 20K ยกเว้นฮีเลียม นีออน และไฮโดรเจน ความดันไอของก๊าซอื่น ๆ ก็ต่ำกว่า Pa เช่นกัน
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของภาชนะที่สูบแล้วและแผ่นทำความเย็นแบบแช่แข็ง แรงดันสูงสุดของปั๊มจึงสูงกว่าแรงดันไอของคอนเดนเสท
สำหรับภาชนะที่อุณหภูมิห้อง โดยมีไครโอพาเนล 20K แรงดันสูงสุดของปั๊มจะอยู่ที่ประมาณ 4 เท่าของแรงดันไอของคอนเดนเสท