[发明专利]具有增强型正面阵列的低温泵

说明书

一种低温泵，具有低温制冷机，该低温制冷机具有冷却辐射屏蔽件（20）的冷级和更冷级，所述辐射屏蔽件（20）具有侧部、封闭端部和正面开口（204）。主要低温抽吸阵列（130）热耦合到更冷级，并且正面阵列（206）被热耦合并被冷却。正面阵列（206）与主要抽吸阵列（130）的面向正面的包封部间隔开并包绕在该包封部周围，正面阵列（206）从正面开口（204）凹入，并且与到正面开口（204）相比更靠近主要低温抽吸阵列（130）。

相关申请

本申请要求2017年11月17日提交的美国临时申请号62/588,209的权益。以上申请的全部教导通过引用并入本文中。

技术领域

无。

背景技术

当前可用的低温泵（不论是通过开放式还是封闭式低温循环进行冷却）都遵循相同的设计构思。通常在4至25 K的范围内操作的低温第二级阵列是主要抽吸表面。该表面被通常在65至130 K的温度范围内操作的高温圆筒包围，该圆筒向较低温度阵列提供辐射屏蔽。辐射屏蔽件通常包括壳体，该壳体除了在定位在主要抽吸表面和待抽空的室之间的正面阵列（frontal array）处之外被封闭。该较高温度的第一级正面阵列用作被称为I类气体的高沸点气体（诸如，水蒸汽）的抽吸部位。

在操作中，高沸点气体（诸如，水蒸汽）在冷的正面阵列上冷凝。较低沸点气体穿过正面阵列并进入辐射屏蔽件内的容积中。II类气体（诸如，氮气）在更冷的第二级阵列上冷凝。III类气体（诸如，氢气、氦气和氖气）在4 K下具有相当大的蒸汽压。为了捕集III类气体，第二级阵列的内表面可涂覆有吸附剂，诸如木炭、沸石、或分子筛。吸附是其中气体被保持在低温温度下的材料物理地捕集并由此从环境中去除的过程。随着气体因此被冷凝或吸附到抽吸表面上，工作室中仅留下真空。

在通过封闭式循环冷却器进行冷却的系统中，冷却器通常是具有延伸穿过辐射屏蔽件的指形冷冻器（cold finger）的两级制冷机。制冷机的第二更冷级的冷端部在指形冷冻器的尖端处。主要低温抽吸阵列（或，低温板）在指形冷冻器的第二级的最冷端部处连接到散热器。该低温板可以是布置在第二级散热器周围并与其连接的简单的金属板、杯或金属挡板的圆筒形阵列，例如，如美国专利号4,494,381中所描述的，该专利通过引用并入本文中。该第二级低温板还可支撑低温冷凝气体吸附剂，诸如如先前陈述的木炭或沸石。

制冷机指形冷冻器可延伸穿过杯状辐射屏蔽件的基座并与屏蔽件同心。在其他系统中，指形冷冻器延伸穿过辐射屏蔽件的侧部。此类配置有时候更好地适合可用于放置低温泵的空间。

辐射屏蔽件在制冷机的冷的第一级的最冷端部处连接到散热器或热站。该屏蔽件以这样的方式包围更冷的第二级低温板以便保护其不受辐射热的影响。封闭辐射屏蔽件的正面阵列通过屏蔽件或通过热支柱由冷的第一级散热器冷却，如美国专利号4,356,701中所公开的，该专利通过引用并入本文中。

在已收集大量气体之后，需要不时地使低温泵再生。再生是其中释放先前由低温泵捕集的气体的过程。再生通常通过允许低温泵恢复到环境温度并且然后借助于二次泵从低温泵去除气体来完成。在气体的这种释放和去除之后，低温泵重新开启，并且在重新冷却之后再次能够从工作室去除大量的气体。

现有技术的实践已例如通过用百叶板（chevron）围封第二级吸附剂来保护放置在第二级低温板上的吸附材料，以防止冷凝的气体在吸附剂层上冷凝且因此阻塞吸附剂层。以这种方式，该层得以保存，以用于吸附诸如氢气、氖气、或氦气的非冷凝气体。这降低了再生循环的频率。然而，百叶板降低了不可冷凝物与吸附剂的可及性（accessibility）。

低温泵的一个品质因数是氢气捕集概率，即从低温泵的外部到达泵的开放口部的氢气分子将在阵列的第二级上被捕集的概率。该捕集概率与用于氢气的泵的速度（由泵捕集的每秒公升数）直接相关。常规设计的较高速率泵具有20%或更大的氢气捕集概率。