Файл: Волчкевич, А. И. Высоковакуумные адсорбционные насосы.pdf

Г л а в а VI. ОТКАЧКА ВОДОРОДА

Адсорбционный насос, охлаждаемый жидким азотом, является эффективным средством откачки всех газов, кроме гелия, неона и водорода. Из трех низко кипящих газов наибольшие трудности вызывает откачка водоро­ да (основной компонент газовыделения), так как в прак­ тике почти не встречаются случаи откачки больших ко­ личеств неона и гелия.

почти линейна, и статическая адсорбируемость водоро­ да на угле БАУ составляет около 6—8 л/г.

(рис. 38), в результате чего через 30—60 мин скорость

составляет около 3 л/г и мало отличается от статичес­ кой адсорбируемости, равной 5 л/г в диапазоне давле­ ний Ю - 4 — Ю - 2 мм рт. ст. Столь слабая адсорбируемость водорода при 78°К практически исключает эффективное использование адсорбционного насоса в динамических вакуумных системах.

Адсорбция гелия и неона при 78°К незначительна, и ею практически можно пренебречь. Это наглядно иллю­ стрируется следующим опытом. Объем установки с ад­ сорбционным насосом (см. рис. 6) перед охлаждением заполняли гелием до давления Ю - 6 мм рт. ст., причем чистоту газа контролировали масс-спектрометром. После полного охлаждения насоса давление гелия уменьши­ лось всего на 10—15%. Этот эксперимент подтверждает практическое отсутствие адсорбции гелия активным уг­ лем СКТ при 78°К. Некоторое снижение давления гелия после охлаждения частично объясняется также термо­ молекулярным эффектом, т. е. увеличением концентра­ ции молекул гелия в объеме охлажденной части уста-

117

Л'ММ'рТ.СТ.

1ъ

5

разрежения [75], так как достигаемое предельное давле­ ние определяется парциальным давлением гелия и нео­ на в атмосфере.

118

можно двумя путями: снизить температуру адсорбента (охлаждать его жидким водородом) или при 78°К ис­ пользовать специальные адсорбенты [2, 3, 10, 15], пред­ ставляющие собой дисперсные металлы (платина, пал­ ладий), осаждаемые на адсорбенте, который выполняет в этом случае роль носителя.

АДСОРБЦИЯ ВОДОРОДА ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

При 20,4°К водород адсорбируется достаточно хоро­

тивного угля БАУ достигнуты более низкие разрежения, чем при испытаниях серий цеолитов (рис. 37, кривые 2, 3);' в то же время результаты других исследований [76]

гулярной пористой структурой) можно объяснить раз­ личными условиями подготовки адсорбентов и их недо­ статочно полным охлаждением, особенно при очень низких температурах.

Сведения о скоростных характеристиках адсорбцион­ ных насосов по водороду немногочисленны. Отсутствие количественных данных по кинетике адсорбции низкокипящих газов при температуре 20°К и ниже не позво­ ляет сделать обоснованный выбор наиболее эффектив­ ного адсорбента, обеспечивающего высокую и стабиль­ ную во времени скоростную характеристику насоса. Поэтому ограничимся кратким сСбзором литературных данных.

В работе [39] указано, что скорость откачки насоса, охлаждаемого жидким водородом, резко возрастала с

криосорбционную панель с,цеолитом NaX, обладает ста­ бильной во времени скоростью откачки азота, а скорость откачкд водорода и, особенно, гелия уменьшается с

119.

панелью вначале быстро возрастает, затем стабилизи­ руется и остается практически постоянным, если коли­ чество адсорбированного водорода невелико. Установив­

лишь 0,16 от теоретической скорости, определяемой условиями подвода газа к поверхности. При увеличении количества предадсорбированного водорода скорость от­ качки уменьшалась быстрее, причем это явление резко усугублялось предадсорбцией азота. Для последнего случая в установившемся режиме при постоянном натекании водорода давление в диапазоне Ю - 7 мм рт. ст. возрастает во времени линейно и значительно интенсив­ нее, чем после предадсорбции водорода. Авторы работы [76] предполагают, что скорость откачки водорода крно­ панелями с цеолитом СаА можно увеличить с 0,16 до 0,73—0,96 от величины, ограниченной объемной скоро­ стью подвода газа к криопанели, так как температура криопанели примерно на 4°К превышала температуру хладагента.

При охлаждении адсорбента (цеолит СаА) жидким гелием [60] скоростная характеристика насоса по водо­ роду (рис. 39) в области давлений Ю - 7 — Ю - 1 0 мм рт. ст. очень стабильна во времени и практически совпадает с пропускной способностью системы жалюзных экранов шевронного типа (штриховые линии). Скорость откачки водорода несколько уменьшилась после того, как коли­ чество откачанного газа составило 20—25% максималь­ ной величины адсорбции. Скорость откачки гелия в об-

120

ласти давлений ниже Ю - 8 мм рт. ст. ограничена про­ пускной способностью системы экранов и несколько снижается с увеличением давления, особенно при повы­ шении температуры криопанели.

тельствуют о том, что при охлаждении криопанелей с адсорбентом жидким водородом обеспечивается очень высокая удельная скорость откачки водорода (до 0,7— 0,9 от теоретической), ограниченная в основном объем­ ной скоростью подвода газа к криопанели. Количество водорода, откачанного без заметного ухудшения скоро­

Скорость откачки гелия уменьшается с повышением давления; адсорбционный насос, охлаждаемый жидким водородом, не рекомендуется использовать для откачки больших количеств гелия. Однако адсорбционная спо­ собность криопанелей по гелию достаточно велика, по­ этому разрежению в вакуумной системе при наличии воздушной течи не ограничивается накоплением атмо­ сферного гелия. При охлаждении криопанелей жидким гелием обеспечивается очень высокая и устойчивая ско­ рость откачки не только водорода, но и гелия. При изго­ товлении криопанелей по технологическим соображени­ ям используют цеолиты.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ АДСОРБЕНТЫ ВОДОРОДА

Резкое увеличение поглощения водорода при 78°К достигается использованием хемосорбционной способно­ сти ряда металлов. Исходя из специфики работы ад­ сорбционного насоса, целесообразно на адсорбент на­ носить дисперсные металлы. В работе [10] показано, что при 78°К на платине, нанесенной на силикагель, водо­ род образует монослой при давлении 10~5 мм рт. ст. При этом каждый поверхностный атом платины адсор­ бирует один атом водорода. Специальные методы осаж­ дения платины на силикагель позволяют получить докристаллические «слои» платины, в которых все атомы

121