کریوپمپ کا اصول اور درجہ بندی

کریوپمپ ایک ویکیوم پمپ ہے جو گیس کو گاڑھا کرنے کے لیے کم درجہ حرارت کی سطح کا استعمال کرتا ہے، جسے کنڈینسیٹ پمپ بھی کہا جاتا ہے۔ کریوپمپ ایک ویکیوم پمپ ہے جس میں سب سے کم حتمی دباؤ ہوتا ہے اور صاف ویکیوم حاصل کرنے کے لیے سب سے زیادہ پمپنگ کی شرح ہوتی ہے۔ یہ وسیع پیمانے پر سیمی کنڈکٹرز اور انٹیگریٹڈ سرکٹس کی تحقیق اور پیداوار کے ساتھ ساتھ مالیکیولر بیم ریسرچ، ویکیوم کوٹنگ کا سامان، ویکیوم سطح کے تجزیہ کے آلات، آئن امپلانٹرز اور اسپیس سمولیشن میں استعمال ہوتا ہے۔ آلات، وغیرہ

پمپنگ کا اصول ایک کولڈ پلیٹ سے لیس ہوتا ہے جسے مائع ہیلیم یا کریوپمپ میں ریفریجریٹر کے ذریعے بہت کم درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ یہ گیس کو گاڑھا کرتا ہے اور کنڈینسیٹ کے بخارات کے دباؤ کو پمپ کے حتمی دباؤ سے نیچے رکھتا ہے، تاکہ پمپنگ اثر حاصل کیا جا سکے۔ کم درجہ حرارت پمپنگ کے اہم کام کم درجہ حرارت کی سنکشیشن، کم درجہ حرارت جذب اور کم درجہ حرارت کی گرفت ہیں۔

①کم درجہ حرارت گاڑھا ہونا: گیس کے مالیکیول کولڈ پلیٹ کی سطح پر یا گاڑھی گیس کی تہہ پر گاڑھے ہوتے ہیں، اور توازن کا دباؤ بنیادی طور پر کنڈینسیٹ کے بخارات کے دباؤ کے برابر ہوتا ہے۔ ہوا پمپ کرتے وقت، کولڈ پلیٹ کا درجہ حرارت 25K سے کم ہونا چاہیے۔ ہائیڈروجن پمپ کرتے وقت، کولڈ پلیٹ کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔ کم درجہ حرارت گاڑھاپن اور نکالنے کی سنکشیپ پرت کی موٹائی تقریباً 10 ملی میٹر تک پہنچ سکتی ہے۔

②کم درجہ حرارت جذب: گیس کے مالیکیولز کو کولڈ پلیٹ پر لیپت جذب کرنے والے کی سطح پر ایک مونومولیکولر پرت (10-8 سینٹی میٹر آرڈر) کی موٹائی کے ساتھ جذب کیا جاتا ہے۔ جذب کے لیے توازن کا دباؤ ایک ہی درجہ حرارت پر بخارات کے دباؤ سے بہت کم ہے۔ مثال کے طور پر، 20K پر ہائیڈروجن کا بخارات کا دباؤ وایمنڈلیی دباؤ کے برابر ہے، اور جب 20K فعال کاربن ہائیڈروجن کو جذب کرتا ہے تو جذب توازن کا دباؤ 10-8 Pa سے کم ہوتا ہے۔ یہ اعلی درجہ حرارت پر کریوجینک جذب کے ذریعہ پمپنگ کو انجام دینا ممکن بناتا ہے۔

③Cryogenic ٹریپنگ: گیس کے مالیکیولز جو نکالنے کے درجہ حرارت پر گاڑھا نہیں ہو سکتے، کو کنڈینس ایبل گیس کی بڑھتی ہوئی تہہ سے دفن اور جذب کیا جاتا ہے۔

عام طور پر، پمپ کا حتمی دباؤ کولڈ پلیٹ کے درجہ حرارت پر گاڑھی گیس کا بخارات کا دباؤ ہے۔ جب درجہ حرارت 120K ہے، پانی کا بخارات کا دباؤ پہلے ہی 10-8 Pa سے کم ہے۔ جب درجہ حرارت 20K ہے، سوائے ہیلیم، نیون اور ہائیڈروجن کے، دیگر گیسوں کا بخارات کا دباؤ بھی {{3} سے کم ہوتا ہے۔ } Pa. تاہم، پمپ شدہ کنٹینر اور کرائیوجینک کولڈ پلیٹ کے مختلف درجہ حرارت کی وجہ سے، پمپ کا حتمی دباؤ کنڈینسیٹ کے بخارات کے دباؤ سے زیادہ ہوتا ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر ایک برتن کے لیے، 20K کے کریوپینل کے ساتھ، پمپ کا حتمی دباؤ کنڈینسیٹ کے بخارات کے دباؤ سے تقریباً 4 گنا زیادہ ہوتا ہے۔

قسم cryopumps دو اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے: انجکشن مائع ہیلیم cryopumps اور بند سرکٹ گیس ہیلیم ریفریجریٹر cryopumps.

①انجیکٹ شدہ مائع ہیلیم کریوپمپ: یہ بنیادی طور پر مائع ہیلیم کنٹینر، ایک پمپ باڈی اور مائع نائٹروجن کیویٹی پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک چکرا سے جڑا ہوتا ہے۔ مائع ہیلیم کی کھپت کو کم کرنے کے لیے، مائع ہیلیم کنٹینر کی بیرونی دیوار ڈبل لیئر تھرمل موصلیت کی دیوار کو اپناتی ہے اور درمیان میں خالی کر دی جاتی ہے۔

جب پمپ کو 10-6 Pa کے دباؤ پر پہلے سے پمپ کیا جاتا ہے، تو اس میں مائع نائٹروجن اور مائع ہیلیم ڈالا جاتا ہے، اور گیس 4.2K کی کام کرنے والی کولڈ پلیٹ پر گاڑھا ہوجاتی ہے۔ پری پمپنگ کے بعد، ہیلیم اور ہائیڈروجن کا جزوی دباؤ 10-12 Pa کی ترتیب میں ہوتا ہے، اس لیے پمپ 10-11 Pa سے نیچے حتمی دباؤ حاصل کر سکتا ہے۔ اگر مائع ہیلیم کے کنٹینر کو خالی کیا جاتا ہے اور ڈمپریس کیا جاتا ہے۔ 6650 Pa، مائع ہیلیم کا درجہ حرارت 2.3K تک کم کیا جا سکتا ہے، اور کم حد کا دباؤ حاصل کیا جا سکتا ہے۔

کلوز سرکٹ گیس ہیلیم ریفریجریٹر کا کریوجینک پمپ: یہ ایک نئی قسم کا کرائیوجینک پمپ ہے جو 1970 کی دہائی میں ظاہر ہوا (تصویر میں)۔ یہ پمپ ہیلیم استعمال نہیں کرتا، چلانے میں آسان، برقرار رکھنے میں آسان اور تیزی سے استعمال ہوتا ہے۔ ریفریجریٹر کا ریفریجریشن میڈیم گیس ہیلیم ہے، بنیادی کولڈ پلیٹ کا درجہ حرارت 50-100K ہے، جو پانی کے بخارات کو گاڑھا کرنے اور دیگر گیسوں کو پہلے سے ٹھنڈا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ثانوی کولڈ پلیٹ کا درجہ حرارت 10-20K ہے، جو نائٹروجن، آکسیجن اور آرگن اور دیگر گیسوں کو گاڑھا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

ثانوی کولڈ پلیٹ کی اندرونی سطح چالو کاربن کے ساتھ لیپت ہے. فعال کاربن کا مخصوص سطح کا رقبہ 500-2500 m2/g ہے، اور اس میں کم درجہ حرارت پر ہیلیم، نیون اور ہائیڈروجن کے لیے مضبوط جذب کرنے کی صلاحیت ہے۔ کولڈ پلیٹ آکسیجن سے پاک تانبے سے بنی ہے، اور اخراج کو کم کرنے کے لیے سطح کو آئینے کی سطح پر پالش کیا گیا ہے۔ پمپ کا حتمی دباؤ 10-7 ~ 10-8 Pa ہے، ورکنگ پریشر کی حد 10-1 ~ 10-7 Pa ہے، اور پری پمپنگ پریشر 1 Pa ہونا ضروری ہے۔ .

تیار شدہ مصنوعات کی پمپنگ کی شرح 60،000 لیٹر/سیکنڈ (1 لیٹر=10-3 m3) تک پہنچ گئی ہے۔ اس کے علاوہ، عمل کی خصوصیات کے مطابق، ہوا نکالنے والی کولڈ پلیٹ کو پمپڈ کنٹینر میں ترتیب دیا جا سکتا ہے، اور ہوا نکالنے کی شرح 106 لیٹر/سیکنڈ سے زیادہ تک پہنچ سکتی ہے۔

کم گرمی کا بوجھ تیل کے پمپ کا گرمی کا بوجھ بنیادی طور پر گیس کی گاڑھا ہونے والی حرارت اور کام کرنے والی کولڈ پلیٹ کے سامنے آس پاس کی دیوار کی چمکیلی گرمی ہے۔ گاڑھاپن کی حرارت کا تعلق گیس کی قسم سے ہے۔ 80K اور 133.322 Pa لیٹر پر نائٹروجن کے لیے، 20K کولڈ پلیٹ پر گاڑھا ہونا 03-0.6 جولز ہے۔

ورکنگ کولڈ پلیٹ کو ملنے والی تابناک حرارت ارد گرد کی دیوار کے پینل کے درجہ حرارت کی چوتھی طاقت اور ورکنگ کولڈ پلیٹ کے درجہ حرارت کے درمیان فرق کے متناسب ہے۔ لہذا، 4.2K اور 20K کام کرنے والی کولڈ پلیٹوں کو 50-100K کولڈ پلیٹوں سے محفوظ کیا جاتا ہے تاکہ کام کرنے والی کولڈ پلیٹوں سے حاصل ہونے والی چمکیلی گرمی کو کم کیا جا سکے۔