[发明专利]具有周边第一级阵列和第二级阵列的低温泵

说明书

在低温泵中，具有吸附剂并由制冷机第二级冷却的主要低温抽吸阵列沿着辐射屏蔽件侧部延伸。该阵列被沿着主要低温抽吸阵列延伸的冷凝低温抽吸阵列屏蔽。主要低温抽吸阵列可以是在向内面向的表面上具有吸附剂的圆筒，并且冷凝低温抽吸阵列可包括具有面向正面开口的表面的挡板阵列。辐射屏蔽件基座处的凸起表面（诸如，锥形表面）将从正面开口接收的分子朝向主要低温抽吸阵列重新引导。制冷机指形冷冻器可以相对于辐射屏蔽件相切地延伸，或者连接到辐射屏蔽的基座。

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62/588,221的权益。上述申请的全部教导通过引用并入本文。

背景技术

目前可用的低温泵（无论是通过开放式还是封闭式低温循环进行冷却）通常都遵循相同的设计理念。通常在4-25 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65-130 K温度范围内操作的高温圆筒包围，该圆筒为低温阵列提供辐射屏蔽。辐射屏蔽件通常包括外壳，该外壳除了定位在主要抽吸表面和待抽空的室之间的正面阵列处之外是封闭的。这种较高温度的第一级正面阵列用作诸如水蒸气的高沸点气体（被称为I类气体）的抽吸部位。

在操作中，诸如水蒸气的高沸点气体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。诸如如氮气的II类气体在更冷的第二级阵列上冷凝。诸如氢气、氦气和氖气的III类气体在4K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且从而被从环境中去除的过程。随着气体因此冷凝或吸附到抽吸表面上，工作室中只留下真空。

在由封闭的循环冷却器冷却的系统中，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连接到指形冷冻器的第二级的最冷端部处的散热器。该低温板可以是围绕第二级散热器布置并连接到第二级散热器的简单的金属板、杯或圆筒形金属挡板阵列，如例如在美国专利号4,494,381和7,313,922中那样，所述专利通过引用并入本文。该第二级低温板也可支撑低温冷凝气体吸附剂，诸如前面所述的木炭或沸石。

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。这种配置有时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，以便保护它免受辐射热的影响。如美国专利号4,356,701所公开的，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，所述专利通过引用并入本文。

在已经收集大量气体之后，需要使低温泵不时地再生。再生是其中释放由低温泵先前捕集的气体的过程。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辅助泵将气体从低温泵中去除来完成。在气体的该释放和去除之后，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气体。

现有技术的实践一直保护被放置在第二级低温板上的吸附材料（例如通过用百叶板（chevron）来围封第二级吸附剂），以防止冷凝气体在吸附层上冷凝并因此堵塞吸附层。以这种方式，该层得以保存，以用于吸附非冷凝气体，诸如氢气、氖气或氦气。这降低了再生循环的频率。然而，这种百叶板降低了不可冷凝物对吸附剂的可及性。

低温泵的一个品质因数是氢气的捕集概率，即从泵外部到达低温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。捕集概率与用于氢气的泵的速度（即泵每秒捕集的升数）直接相关。常规设计的更高速率的泵具有20%或更大的氢气捕集概率。