크라이오 펌프의 원리(CRYO PUMP의 원리)

[kensin]

크라이오 펌프란?
크라이오 펌프란 진공용기 내에 극저온 면을 설치하여 용기내의 기체분자를 응축 또는 흡착 시키는  Pump 입니다. 
크라이오 펌프가 기체를 유효하게 배기하기 위해서는 응축의 경우에는 증기압이 흡착의 경우에는 흡착평형 압력이
10-8Pa이하로 되어있지 않으면 않됩니다.

(그림1-1)의 곡선은 각종 기체의 증기압을 표시한 것으로 질소보다 증기압이 낮은 기체는 극저온 면 (Cryo 또는 Cryo Panel)이 20K 이하로 냉각 되어 있으면 그 증기압은 10-8Pa이하로 되는 것을 알수있습니다.

수소(H2),헬륨(He),네온(Ne)과 같이 증기압이 높은 기체는 20K 또는 응축에 의해 배기 하는 것이 불가능하므로 20K이하로 냉각된 흡착제(활성탄)에 의해 흡착 됩니다.

이와 같이 크라이오 펌프는 모든 기체를 응축,흡착 할 수가 있고 초고진공을 얻을 수가 있습니다.


크라이오 펌프의 작동 원리와 구조
크라이오 펌프에 사용되는 냉동기는 2단으로 되어 있고 1단은 냉동 능력이 큰 80K 이하로 냉각 할 수가 있고 2단은 냉동능력이 작은 20K이하로 냉각할 수가 있습니다.
15K Cryo Panel(1) (응축 Panel)과 15K Cryo Panel(2) (흡착 Panel)은 냉동기의 2단에 부착되어 있고 냉동능력이 큰 1단에 부착되어 있는 80K Shield와 80K Buffle은 실온의 방사(복사)열로부터 펌프를 보호를 하고 있습니다.

80k Shield에는 흙화처리되어 검은색을 띄고있는 이유도 복사열이 크라이오 펌프의 중심부로 들어가지 못하도록 열을 흡수하기 위함 입니다.

크라이오 펌프가 응축,흡착하는 주요 기체
A.공기(N2,O2) : 진공장치 초기 Pumping후의 잔류기체.
B.방출(H2O) : 진공용기의 벽면에 흡착(통상의 진공장치에는 최대의 성분)
Glass,플라스틱,세라믹,등으로 부터의 방출 Gas
(H2) : 진공용기의 금속벽 내부의 확산 방출 (초고진공,극 진공에서 문제)
고온,용해금속(특히Al) 으로의 방출(증착,Sputter)
(CO,CO2,CH4) : 진공장치 벽면의 오염.
C.도입Gas (Ar) : Sputter장치
(H2) : Ion 주입
(O2) : 산화물
증기압 곡선에서 보면 수증기(H2O)는 Cryo면의 온도가 130K이라 하면 증기압은 10-8Pa 이하로 되기 때문에 80K이하로 냉각된 Shield와 Buffle에 응축하게 됩니다.
질소(N2),산소(O2),아르곤(Ar)등의 기체는 80K에서는 증기압이 높기 때문에 응축을 하지 않고 20K이하의 Cryo panel 표면에 응축하게 됩니다.
헬륨(He),수소(H2),네온(Ne)등의 증기압이 높은 기체는 10K~20K Level의 온도에서는 응축하지 않기 때문에 Cryo panel(응축Panel)의 내측에 부착되어 있는 흡착제에 의해 흡착 됩니다.

위와같은 내용으로 크라이오 펌프의 구조와 원리에 대해 간단하게 설명하였습니다.

추가 문의 사항이나 요청 사항이 있으신 경우 작성자에게 요청 바랍니다.

작성자: phk8570@hanmail.net

[박희규]

별도의 자료나 교육이 필요하시면 카페지기에게 연락 주시기 바랍니다.
(가능하시면 휴대폰으로 연락 주세요~)