3. Кинетика криоконденсационной откачки

При отсутствии равновесия происходит постоянная конденсация газа на криопанели, т.е. накопление криоосадка. Предположив, что все молекулы, падающие на криопанель, конденсируются на ней, находим

, т.к. P = nkT, то

(10)

Т.к. M = mN_A , то (11)

Нас интересует массовый поток газа, падающий на криопанель. Т.к.

R = kN_A , то (используя первый член первой части равенства (10))

(12)

По аналогии поток испаряющегося газа с поверхности криоосадка

(13)

тогда (14)

Определим скорость конденсации (для молекулярного режима течения) как отношение удельного потока к плотности подлетающего газа, а , где R – универсальная газовая постоянная, М – молекулярная масса.

Тогда

(15)

Из (15) видно, что при Р_к <<Р_г максимальная скорость конденсации S_м будет равна теоретической скорости конденсации для молекулярного режима (S_т)

4. Скорость конденсации и коэффициент захвата

Действительная скорость конденсации будет меньше скорости S_м , определяемой уравнением (15), т.к. часть молекул, ударившихся о криопанель, отражается. Формула (15) получена для условий молекулярного потока.

С увеличением давления пара, поступающего к криопанели, выделяющаяся теплота фазового перехода не успевает полностью отводиться от поверхности криоосадка. Температура наращиваемого слоя (движущейся границы) возрастает, число испарившихся молекул увеличивается. Газодинамическая обстановка у поверхности конденсации меняется. Длина свободного пути молекул газа уменьшается. Меняется режим течения газа, увеличивается частота столкновения молекул прямого и обратного потоков.

Если параметры поступающего к криоповерхности газа близки к параметрам тройной точки, то образующиеся фрагменты твердого конденсата будут смываться жидким конденсатом. И коэффициент затвердевания (или коэффициент захвата) будет иметь очень малое значение. В этой ситуации удельная скорость конденсации выражается так:

S_к=S_Tf , (16)

где f – коэффициент захвата (или коэффициент затвердевания. Зависимость коэффициента затвердевания от давления показана на рис. 27.5.

Для определения зависимости f от давления рассмотрим (рис.27.6) схему взаимодействия элемента газового объема с криоповерхностью.

(17)

(Сравнить с выражением 15)

Обозначим

В высоком вакууме n << n_o; T_к << T_г

(18)

В низком вакууме, в окрестности тройной точки, где n  n_o; T_к  T_г

(19)

Таким образом, коэффициент затвердевания (или захвата) зависит от давления и какого-то характерного размера, определяющего режим течения:

f = f (P_г , d) (20)

С учетом этого можно найти для f выражение (запись) в виде показательной функции

f = a^z , где (21)

; Р_оп = 1 мм рт.ст.; а – определяется природой конденсирующего газа и характерным размером области течения.