關(guān)于液氦冷凝泵的工作壽命
要使液氦冷凝泵具有實(shí)際價(jià)值，還必須提高泵的工作壽命，即延長(zhǎng)一次充入液氦后的存貯時(shí)間。由于液氦的焓值極低，加之泵結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若不采取有效的屏蔽和保護(hù)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(shí)（視泵的液氦容量大小而定）。這會(huì)帶來(lái)諸如使用、操作等一系列麻煩，特別當(dāng)要求系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于泵I作壽命的限制，將產(chǎn)生致命的弱點(diǎn)，因而必須予以充分重視。
泵的設(shè)計(jì)
如上所述，設(shè)計(jì)一臺(tái)實(shí)際應(yīng)用的液氦冷凝泵，s*先應(yīng)該考慮的問(wèn)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(guó)外也對(duì)冷凝氫氣的這一反常行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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?yàn)闅錃獍l(fā)生解吸的緣故。氫氣的解吸是由于真空系統(tǒng)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(zhì)有密切關(guān)系?；谶@些因素，液氦冷凝泵應(yīng)設(shè)計(jì)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(fù)荷下冷凝氫氣的解吸壓z*低。
從提高泵工作壽命的角度來(lái)看，主要是千方百計(jì)地減小泵的熱負(fù)荷、降低液氦的消耗。根據(jù)熱力學(xué)原理，應(yīng)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(gè)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(nèi)外圓筒壁之間的空間里充入一定量的氖氣，并加以密封。當(dāng)溫度高于20K時(shí)，氖氣起到一種良好的氣體熱傳導(dǎo)作用，從而能充分利用冷卻泵時(shí)離散冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻；當(dāng)溫度低于20K時(shí)，氖氣發(fā)生凝結(jié)并造咸夾層空間的真空狀態(tài)，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(shè)一防輻射屏（外側(cè)鍍銀，內(nèi)側(cè)涂黑），并由自然蒸發(fā)而離散的冷氦氣加以冷卻（屏的溫度可達(dá)30K左右），從而大大減小周圍環(huán)境的輻射熱負(fù)荷。⑤冷凝泵頸管材料應(yīng)具備熱傳導(dǎo)率低而機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)良特性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量減小頸管壁厚而增加其長(zhǎng)度，以z*大限度地減小熱傳導(dǎo)損失。⑥頸管內(nèi)壁必須涂黑，以減小室溫?zé)彷椛洹Ｓ?jì)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(gè)數(shù)量級(jí)之多。
泵的設(shè)計(jì)
如上所述，設(shè)計(jì)一臺(tái)實(shí)際應(yīng)用的液氦冷凝泵，s*先應(yīng)該考慮的問(wèn)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(guó)外也對(duì)冷凝氫氣的這一反常行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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?yàn)闅錃獍l(fā)生解吸的緣故。氫氣的解吸是由于真空系統(tǒng)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(zhì)有密切關(guān)系?；谶@些因素，液氦冷凝泵應(yīng)設(shè)計(jì)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(fù)荷下冷凝氫氣的解吸壓z*低。
從提高泵工作壽命的角度來(lái)看，主要是千方百計(jì)地減小泵的熱負(fù)荷、降低液氦的消耗。根據(jù)熱力學(xué)原理，應(yīng)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(gè)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(nèi)外圓筒壁之間的空間里充入一定量的氖氣，并加以密封。當(dāng)溫度高于20K時(shí)，氖氣起到一種良好的氣體熱傳導(dǎo)作用，從而能充分利用冷卻泵時(shí)離散冷氦氣的潛熱使外筒壁很快冷卻；當(dāng)溫度低于20K時(shí)，氖氣發(fā)生凝結(jié)并造咸夾層空間的真空狀態(tài)，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(shè)一防輻射屏（外側(cè)鍍銀，內(nèi)側(cè)涂黑），并由自然蒸發(fā)而離散的冷氦氣加以冷卻（屏的溫度可達(dá)30K左右），從而大大減小周圍環(huán)境的輻射熱負(fù)荷。⑤冷凝泵頸管材料應(yīng)具備熱傳導(dǎo)率低而機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)良特性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量減小頸管壁厚而增加其長(zhǎng)度，以z*大限度地減小熱傳導(dǎo)損失。⑥頸管內(nèi)壁必須涂黑，以減小室溫?zé)彷椛洹Ｓ?jì)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(gè)數(shù)量級(jí)之多。
