低温真空技术基础与应用PDF电子书下载

第一章 引论 1

1.1低温技术和真空技术之间的关系 1

1.2低温泵的致冷系统 2

1.3低温泵的工作机理 3

1.4低温泵的类型和性能 4

1.5采用大面积低温泵时容器内的气流 7

1.6几种应用 8

第二章 真空中的气流 10

2.1气流范围的划分 10

2.2在装有小表面低温泵的“大”容器中的分子流 12

2.2.1若干真空技术概念 12

2.2.2电离真空计的不同结构 16

2.2.3抽气量Q，抽速S 20

2.2.4Q和S值的测量 20

2.2.5抽气几率WP，可达到的最佳极限压强Pe 21

2.2.6不同真空部件的流导C 23

2.2.6.1流导C和传输几率W 23

2.2.6.2不同部件的传输几率W 25

2.2.6.3挡板的热辐射传输 27

2.2.6.4组合部件 28

2.3在装有大面积低温泵的容器中的分子流 33

2.3.1不等温容器中的粒子流密度I、E和粒子数密度n及抽速S的计算 33

2.3.2容器（气源）包围的屏蔽低温泵 38

2.3.3气源被包围在中间的屏蔽低温泵 39

2.3.4屏蔽低温泵结构的捕获几率c 40

2.3.5返回数Z 46

2.4连续流 46

2.4.1连续流的判据 46

2.4.2通过膜孔和短管的气流，高压强下的低温泵 47

2.4.3长管中的气流 49

2.4.4整个真空范围内的Q、P曲线图 51

第三章 单一种类气体的冷凝 53

3.1凝结系数αc和蒸发系数αv 53

3.2测量方法 54

3.2.1基于抽速的方法 54

3.2.2测重法 58

3.2.3分子束法 59

3.3固态气体冷凝物的蒸气压 61

3.4气体的凝结系数αc 63

3.4.1αc与过饱和值P/Pe和冷凝面温度Tk的关系 63

3.4.2在高饱和值P/Pe时、αc与气体温度Tg的关系 65

3.4.3αc与冷凝物层厚的关系 68

3.4.4在异种衬底上的冷凝 69

3.5气体冷凝的机理 70

3.6冷凝物的结构和其它物理性能 72

3.6.1微晶粒尺寸 73

3.6.2生长速度、外观和密度 75

3.6.3热导率 78

3.6.4热辐射率ek 79

第四章 气体冷凝物上的低温吸附 83

4.1吸附特性曲线的测定 84

4.1.1吸附等量线 84

4.1.2吸附等温线 86

4.1.3抽速S 88

4.2气体冷凝物上氦、氢和氖的吸附平衡 89

4.2.1平衡的建立 89

4.2.2吸附焓ΔHi和平衡压强常数Bi 90

4.2.3根据DRK法进行表面测定 92

4.2.4吸附特性与冷凝条件的关系 95

4.3吸附冷凝层的动力学特性 97

4.3.1抽速S和粘附系数α 97

4.3.2超高真空技术中吸附冷凝层的应用 101

第五章 多孔固体上的低温吸附 103

5.1固体吸附剂 103

5.2吸附等温线 105

5.3吸附剂的其它特性 107

5.4用于从大气压直到0.1帕区间的低温吸附泵 108

5.5用于压强小于0.1帕的低温吸附板 112

5.6高真空和超高真空下的抽速 112

5.7动态吸附容量Vd 114

第六章 混合气体的冷凝和低温捕集 115

6.1混合冷凝物的平衡特性 116

6.1.1蒸气压曲线 116

6.1.2部分靠吸附、部分靠掺合对非可凝气体的束缚 119

6.1.3混合冷凝机理 119

6.2捕集过程的抽速 121

6.3捕集过程的其它特征 123

第七章 金属薄膜低温吸气和80 K钛升华泵 126

7.1粘附系数α，表面容量γ，抽气容量k 127

7.2抽速S=S（p） 130

7.3极限压强Pe和起始压强Pst 131

7.4抽气机理 132

7.580K钛升华泵的工艺 133

7.680K钛升华泵的实用结构 134

第八章 低温泵的计算 136

8.1极限压强 136

8.1.1最佳情况下低温冷凝泵可达到的极限压强Pe，难凝气体问题 136

8.1.2低温吸附泵的极限压强 139

8.1.3影响和改善极限压强的因素 140

8.2低温面的热负荷 140

8.2.1热辐射 141

8.2.2固体的热传导 141

8.2.3冷凝功率 142

8.2.4吸附功率 143

8.2.5气体中的热传导 143

8.3贮槽式低温泵的热负荷和致冷剂耗量 144

8.3.1Tk=4.2K的贮槽式低温泵 144

8.3.2Tk＜4.2K的贮槽式低温泵 146

8.4低压下（P＜10-4帕）各种结构的致冷功率与抽速比Q／S 147

8.5致冷机低温泵的致冷功率 150

8.6在致冷机低温泵整个工作范围内的抽速S（p） 152

8.7最大冷凝厚度dmax 154

8.8工作寿命tmax和抽气容量Q 156

8.9起始压强Pst 157

第九章 低温泵的实际结构 160

9.1贮槽式低温泵 160

9.1.1贮槽式冷凝低温泵 160

9.1.2在极低压强使用的长寿命贮槽式低温泵 161

9.1.3带分子筛吸附级的贮槽式低温泵 165

9.1.4带氩冷凝物吸附级的贮槽式低温泵 166

9.2按蒸发器原理工作的低温泵 167

9.2.1在2.5至293K之间连续冷却的低温冷凝器 167

9.2.2蒸发和冷气致冷 169

9.2.3致冷剂消耗量 171

9.2.4致冷剂回路的真空要求 172

9.2.5蒸发器式低温泵 173

9.3致冷机低温泵 175

9.3.1吉福德-麦克马洪（Gifford-McMahon）循环和致冷机 176

9.3.2采用吉福德-麦克马洪致冷机的低温泵 179

9.3.3斯特林（Stirling）循环和致冷机 183

9.3.4采用斯特林-菲利普致冷机的低温泵 186

9.3.5布雷顿（Brayton）循环和致冷机 189

9.3.6采用布雷顿致冷机的低温泵 193

9.3.7克劳德（Claude）循环 195

9.3.8采用克劳德循环的氦致冷机／液化器 199

9.3.9具有喷射级的氦致冷机／液化器 200

9.3.10在T=4.2K和更低温度下采用氦致冷机的低温泵 201

9.3.10.1在4.2K下贮槽式致冷和根据蒸发器原理致冷 201

9.3.10.2在T＜4.2K下贮槽式致冷 203

9.3.10.3在超临界压强下用氦流冷却低温板 204

9.4致冷装置的部件 207

9.4.1活塞膨胀机 207

9.4.2透平式膨胀机 209

9.4.3压缩机 210

9.4.4低温箱 210

9.5用于低温泵和致冷装置的测量设备 211

9.5.1低温测量 211

9.5.2压强测量 219

9.5.3液体致冷剂的液面高度测量 219

9.5.4气体流量的测量 220

9.6液体致冷剂的贮存容器 220

9.6.1绝热 220

9.6.2液氮贮存容器 222

9.6.3液氦贮存容器 223

9.7致冷剂输送系统 224

9.7.1输送管、连接头和密封 224

9.7.2低温液体充注系统 226

9.7.3自动加注装置 227

9.7.4氦的回收 231

9.8低温面的冷却和再加热 231

9.9致冷装置的功率消耗 235

9.10经济效益考察 237

第十章 低温真空技术的应用 239

10.1宇宙空间研究 239

10.1.1宇宙空间的环境条件 239

10.1.2宇宙空间研究用的实验室设备 240

10.1.3宇宙空间冷背景的模拟 241

10.1.4一个热壁的例子 242

10.1.5用液氮使冷壁冷却到80至100K的系统 244

10.1.5.1液氮蒸发器系统 245

10.1.5.2开放式液氮过压系统 245

10.1.5.3封闭式液氮过压系统 246

10.1.6采用气氮的热壁调温系统 247

10.1.6.1具有液氮槽式冷却器的调温系统 247

10.1.6.2采用液氮注入式冷却器的调温系统 248

10.1.7模拟宇宙空间的真空 249

10.2粒子束系统 259

10.2.1对真空系统的要求 259

10.2.2粒子加速器和贮存环 260

10.2.3等离子体风洞 263

10.2.4电子显微镜和电子衍射 263

10.2.5质谱计 266

10.2.6原子束和分子束 267

10.3等离子体物理和热核聚变 268

10.3.1等离子体容器的器壁问题和真空问题 268

10.3.2对真空系统的要求 270

10.3.3欧联环（JET）的真空系统 271

10.3.4抽除氘、氚、氦的低温泵 274

10.4薄膜和微电子学 275

10.4.1薄膜制造方法 275

10.4.2对真空系统的要求 275

10.4.3采用低温泵的镀膜装置 276

10.4.4薄膜生产中的成果 279

10.4.5装料过程中的经验 281

10.4.6对真空工艺流程的若干结论 283

10.5其它各种应用 284

10.5.1红外望远镜用的氦Ⅱ冷却系统 284

10.5.2根据动态膨胀法校准真空计和质谱计 287

10.5.3界面现象、表面分析 288

10.5.4极低温的获得 289

10.5.5同位素技术 289

10.5.6化学工艺流程 289

10.5.7冷冻干燥 290

10.5.8涡轮分子泵和溅射离子泵的低温型号 290

10.5.9低温能源技术 290

10.5.10真空冶金 291

10.5.11极低压强的获得 291

附录 294

单位换算，致冷剂的物理特性，真空中各种材料的出气，测温法和热传导 294

参考文献 319