КУРС 2

(часть 3)

ЛЕКЦИЯ 27(7)

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ криоконденсационной откачки

(часть 1)

Содержание

1. Криоконденсационные процессы на криопанели

   1. Основное уравнение криооткачки

   2. Статика криоконденсационной откачки

   3. Кинетика криоконденсационной откачки

   4. Скорость конденсации и коэффициент захвата

2. Особые случаи криоконденсации

   1. Конденсация в области среднего и низкого вакуума

   2. Криоконденсация многокомпонентной среды

   3. Криозахват

Приложение

Рис. 27.1. Схема криопанели (воспроизводится в ходе лекции)

Рис. 27.2 Зависимость Р_s от Т (рис. 1-14 по Минайчеву В.Е.)

Рис. 27.3. Схема процесса криооткачки (рис. 1-15 по Минайчеву В.Е.)

Рис. 27.4 Схема элемента крионасоса (рис. 1-16 по Минайчеву В.Е.)

Рис. 27.5. Зависимость f от Р (рис.7 по Шумскому К.П. и др.)

Рис. 27.6. Схема взаимодействия газа с конденсатом (рис.6 по Шумскому К.П. и др.)

Рис.27.7. Тепловыделение при конденсации воздуха (рис. 1-27 по Минайчеву В.Б.)

Рис.27.8. Скорость роста криоосадка (рис. 1-28 по Минайчеву В.Е.)

Рис.27.9. Быстрота откачки газа с примесями (рис. 1-29 по Минайчеву В.Е.)

Рис. 27.10. Зависимость коэффициента захвата от температуры (рис. 1-29 по Минайчеву В.Е.)

криоконденсационные процессы на криопанели

(На рис. 27.1 воспроизводится схема криопанели)

Процесс криооткачки сопровождается фазовым переходом из газообразного состояния вещества в твердое. Твердый криоосадок имеет кристаллическое строение. Металлические поверхности криопанели никогда не бывают идеально чистыми. Поэтому в начальной стадии криооткачки нет недостатка в различно ориентированных зародышах кристаллизации. Физические свойства криоосадка зависят от условий, при которых происходит конденсация газов в твердое состояние. Характерным параметром является плотность конденсируемых газов.

Таблица 27.1 Плотность газов в твердом состоянии

Газ (пар)	Температура, К	Плотность, г/см3	Плотность жидкой фазы, г/см3
N2 (азот)	20 - 63	0,95	~0,88
O2 (кислород)	20	1,43	~1,17
H2O (вода)	77	0,58	1,0
СО2	77 - 194	1,53	~0,93
СН4 (метан)	20	0,52	~0,45

Эффективность процесса криооткачки во многом зависит от того, как быстро может быть передана теплота конденсации через слой криоосадка, т.е. от его теплопроводности. Теплота в криоосадке, как и во всех твердых телах, передается колебаниями кристаллической решетки. Если одна из частиц, находящаяся в узле решетки, получила тепловой импульс и стала колебаться с увеличенной амплитудой, то она в силу «упругих» связей будет действовать на соседние частицы, вызывая увеличение амплитуды их колебания. В результате через криоосадок возникает непрерывный поток тепла.

По закону Фурье тепловой поток через криоосадок

, (1)

где ΔТ – разность температур поверхности криоосадка и криопанели, h – текущая толщина криоосадка, λ – коэффициент теплопроводности криоосадка.

Газ конденсируется в твердую фазу тогда, когда его парциальное давление выше давления насыщенных паров при данной температуре криопанели.

Давление насыщенных паров Р_s затвердевшего газа в функции абсолютной температуры выражается формулой

, (2)

где А и В – коэффициенты, постоянные для данного газа, определяемые экспериментально.

На рис. 27.2 представлена зависимость давления насыщения паров различных газов от температуры.