Особенности установок для моделирования условий космического пространства, страница 6

Сорбция различных (H₂, He, Nе, Кг, Аг и др.) газов молекулярными ситами и другими сорбентами возможна при температурах <100 К.

Эффективность криосорбционной откачки на сорбентах возрастает по мере повышения давления. При давлениях ~ 10^-6 торр и более высоких, могут быть достигнуты удельные скорости откачки, близкие к теоретическим.

Предельный вакуум криосорбционных насосов, использующих охлажденные пористые твердые тела, не зависит от типа сорбента, а определяется, главным образом, типом криогенного охладителя (азот, водород, гелий); однако продолжительность откачки до предельного вакуума существенно зависит от природы и типа сорбента.

Размещение молекулярных сит на криоповерхностях позволяет производить откачку всех остаточных газов без исключения. В этом случае отпадает необходимость в использовании вспомогательных насосов

При T_s ≈ 20 К и давлениях р ≈ 10^-8 торр коэффициент прилипания водорода на неэкранированной тепловым экраном поверхности равен 0,16, на экранированной поверхности , т.е. Н₂ может эффективно откачиваться путем криосорбции при температуре, близкой к его температуре кипения (T_b ≈ 20 К).

Криосорбцию можно использовать также для откачки гелия. С этой целью используются молекулярные сита, охлажденные до температуры T_s ≈ 4 К. (т. е. несколько более низкой, чем температура кипения гелия. Oднaкo, уже при температуре, равной T⁰_s ≈ 11 К, скорость откачки по гелию близка к нулю.

Целесообразно использовать криосорбционные насосы в качестве насосов предварительной откачки.

Криосорбционные поверхности могут эксплуатироваться в установке без регенерации в течение нескольких месяцев.

3.2.3.3. Криозахват (криооткачка газовых смесей).

Это попутная откачка неконденсируемых газов при откачке конденсируемых газов, входящих в состав газовых смесей. Этот процесс аналогичен “замуровыванию” инертных газов в сорбционных и электроразрядных насосах.

Одним из возможных механизмов “захвата” неконденсируемого газа может быть сорбция молекул неконденсируемого газа в объеме на молекулах конденсируемого газа с последующей конденсацией подобных ассоциатов.

Другим возможным механизмом может быть сорбция на криоостатках конденсируемого газа и их последующее закрытие слоем молекул конденсируемого газа, что может приводить к замуровыванию захваченных молекул в толще криоосадка.

Возможно, что при криозахвате справедливы оба механизма одновременно.

Процесс криозахвата количественно характеризуется коэффициентом криозахвата C_i/j, определяющим количество захваченных молекул “неконденсируемого” газа, приходящихся на одну молекулу конденсируемого газа.

Экспериментально обнаружено, что азот (а также воздух) может откачиваться путем криозахвата при конденсации паров воды на поверхностях, охлаждаемых до температуры жидкого азота. Однако эффективность такой откачки низка (C_N2/H2O ≈ 10^-4…3·10^-5), т. е. количество молекул воды, приходящихся на одну захваченную молекулу азота, равно ~ 10⁴ ...3·10⁵. Это делает криозахват N₂ парами Н₂О при температуре жидкого азота практически трудноосуществимым.

Водород и гелий также могут захватываться на криоповерхностях (T_s< 10К) при конденсации СО₂.

Комбинация криозахвата с криоконденсацией является одним из перспективных методов для использования в откачных системах вакуумных установок, использующих внутреннюю криогенную откачку; при этом отпадает необходимость в использовании вспомогательной откачки.

Путем создания системы отверстий, через которые в установку впускается полностью конденсируемый на криоповерхностях пар, можно осуществить криозахват неконденсируемых газов. Подобное устройство позволяет осуществить “безмасляную” откачку и устранить излишнюю конденсацию газов на криоповерхностях охлаждаемых гелием.

На основе явления криозахвата разработаны так называемые “холодные” диффузионные насосы.

3.2.3.4. Криоосадок, его влияние на качество моделирования свойств космического пространства.