低温真空技术 基础和应用PDF电子书下载

目录 1

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

2.2.1 若干真空技术概念 12

2.2 在装有小表面低温泵的“大”容器中的分子流 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

2.2.4 Q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 33

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α v 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

3.4.1 αc与过饱和值P/Pe和冷凝面温度T k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

3.4.3 αc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、外对和密度 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△Hi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

6.1.3 混合冷凝机理 119

6.1.2 部分靠吸附、部分靠掺合对非可凝气体的束缚 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80K钛升华泵 126

7.1 粘附系数α，表面容量γ，抽气容量 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

7.5 80K钛升华泵的工艺 133

7.6 80K钛升华泵的实用结构 134

本问题 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 136

8.1 极限压强 136

第八章 低温泵的计算 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

8.3.1 Tk=4.2K的贮槽式低温泵 144

8.3.2 Tk＜4.2K的贮槽式低温泵 146

Q/S 147

8.4 低压下（P＜10-4帕）各种结构的致冷功率与抽速比 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？ 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

9.2.1 在2.5至293K之间连续冷却的低温冷凝器 167

9.2 按蒸发器原理工作的低温泵 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） 176

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

9.5.1 低温测量 211

9.5 用于低温泵和致冷装置的测量设备 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

9.8 低温面的冷却和再加热 231

9.7.4 氦的回收 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

10.3.1 等离子体容器的器壁问题和真空问题 268

10.3 等离子体物理和热核聚变 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

10.5.1 红外望远镜用的氦Ⅱ冷却系统 284

10.5 其它各种应用 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