DE1255850B

DE1255850B - Cryopump arrangement for generating a high vacuum

Info

Publication number: DE1255850B
Application number: DEB75009A
Authority: DE
Inventors: Dr Ernst A Trendelenburg; Dr Juergen Hengevoss
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1963-01-24
Filing date: 1964-01-15
Publication date: 1967-12-07

Description

Kryopumpenanordnung zur Erzeugung eines hohen Vakuums Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung eines hohen Vakuums durch Bindung der Gasmoleküle an einer tiefgekühlten Fläche. Derartige Anordnungen werden im nachfolgenden kurz als Kryopumpen, die tiefgekühlten, die abzupumpenden Gase bindende Flächen als Kryofiächen bezeichnet.Cryopump arrangement for generating a high vacuum The invention relates to an arrangement for creating a high vacuum by bonding of the gas molecules on a frozen surface. Such arrangements are described below in short as cryopumps, the frozen surfaces that bind the gases to be pumped referred to as cryosurfaces.

Bei der Temperatur von 4,2° K - dem Siedepunkt des flüssigen Heliums bei Atmosphärendruck - oder bei noch tieferen Temperaturen haben fast alle Gase Dampfdrücke unter etwa 10-15 Torr. Lediglich die Dampfdrücke von Helium und von Wasserstoff sind noch von meßbarer Größe. In Vakuumapparaturen stört das aus der atmosphärischen Luft herrührende Helium, dessen Partialdruck nach dem Evakuieren meist vernachlässigbar gering ist, im allgemeinen nicht. Anders liegen die Verhältnisse bei Wasserstoff. Da Wasserstoff bekanntlich einen wesentlichen Bestandteil der Restatmosphäre in Vakuumapparaturen unterhalb 10-s Torr darstellt und sein Sättigungsdampfdruck bei 4,2° K in der Größenordnung von 10-s Torr liegt, scheint es, daß mit Kryoflächen, die durch siedendes Helium gekühlt werden, Ultrahochvakua prinzipiell nicht erreichbar sind. An einer Kryofläche können nämlich nur solche Gase kondensieren, deren Partialdruck größer ist als ihr Sättigungsdampfdruck bei der Kondensatortemperatur.At the temperature of 4.2 ° K - the boiling point of liquid helium at atmospheric pressure - or at even lower temperatures, almost all have gases Vapor pressures below about 10-15 torr. Only the vapor pressures of helium and of Hydrogen are still measurable. In vacuum apparatus this interferes with atmospheric air, its partial pressure after evacuation is usually negligibly small, generally not. The situation is different with hydrogen. As hydrogen is known to be an essential part of the residual atmosphere in vacuum apparatus below 10-s Torr and its saturation vapor pressure at 4.2 ° K is on the order of 10-s Torr, it appears that with cryosurfaces, which are cooled by boiling helium, ultrahigh vacuums cannot be achieved in principle are. This is because only gases can condense on a cryosurface if their partial pressure is greater than its saturation vapor pressure at the condenser temperature.

Es läßt sich nun auf drei verschiedene Weisen erreichen, daß eine mit flüssigem Helium gekühlte Fläche auch unterhalb 10-7 Torr eine Pumpwirkung auf den Wasserstoff ausübt.It can now be achieved in three different ways that one A surface cooled with liquid helium also has a pumping effect below 10-7 Torr the hydrogen exercises.

1. Man nutzt die Adsorptionswirkung (im Gegensatz zur Kondensation) an einer tiefgekühlten Oberfläche aus. Hierzu muß diese Oberfläche zuvor durch gründliches Ausheizen von anhaftenden Fremdschichten befreit worden sein. Unmittelbar nach dem Abkühlen werden dann die auftreffenden Wasserstoffmoleküle adsorbiert. Erst wenn sich die Oberfläche mit einer Schicht von adsorbierten Wasserstoffmolekülen bedeckt hat, beginnt die Kondensation. Da im allgemeinen die Bindungsenergie bei der Adsorption größer ist als bei der Kondensation, sind auch die Gleichgewichtsdrücke für die Adsorption kleiner als für die Kondensation. Eine mit unter Atmosphärendruck siedendem Helium (4,2°K) gekühlte Oberfläche kann daher auch unterhalb 10-7 Torr eine Pumpwirkung auf Wasserstoff ausüben. Die Zeitdauer dieser Pumpwirkung ist jedoch sehr begrenzt.1. One uses the adsorption effect (as opposed to condensation) on a frozen surface. For this purpose, this surface must first be thoroughly Bake out must have been freed from adhering foreign layers. Immediately after After cooling down, the hitting hydrogen molecules are adsorbed. Only when the surface is covered with a layer of adsorbed hydrogen molecules condensation begins. Since in general the binding energy during adsorption is greater than for condensation, so are the equilibrium pressures for the Adsorption smaller than for condensation. One with boiling below atmospheric pressure Helium (4.2 ° K) cooled surface can therefore also have a pumping effect below 10-7 Torr exercise on hydrogen. However, the duration of this pumping action is very limited.

2. Tiefere Temperaturen als 4,2° K könnten zwar durch Verdampfung eines Heliumbades bei Unterdruck mittels Abpumpen erreicht werden, jedoch ist ein Kryopumpverfahren um so unwirtschaftlicher, je tiefer die Arbeitstemperatur ist. 3. Man kann den Effekt des sogenannten »Cryotrapping« ausnutzen.2. Temperatures lower than 4.2 ° K could be due to evaporation of a helium bath at negative pressure can be achieved by pumping, but is a The lower the working temperature, the more uneconomical the cryopump process. 3. One can use the effect of the so-called »cryotrapping«.

Es ist bekannt, daß mit flüssigem Stickstoff gekühlte Oberflächen (77°K) in Gegenwart von Wasserdampf auch auf bei dieser Temperatur nicht kondensierbare Gase eine Pumpwirkung ausüben. Offenbar werden deren Moleküle in das kondensierende Eis des Wasserdampfes eingebaut. Andere Autoren fanden, daß Wasserstoff in Gegenwart von Stickstoff von einer Oberfläche, welche sich auf 20° K befindet, gepumpt wird. Bei diesen Versuchen war der Wasserstoff als Verunreinigung von 10 ppm dem Stickstoff beigemischt.It is known that surfaces cooled with liquid nitrogen (77 ° K) in the presence of water vapor also on non-condensable at this temperature Gases exert a pumping action. Apparently, their molecules are condensing in the Built-in ice of water vapor. Other authors found that hydrogen in the presence is pumped by nitrogen from a surface which is at 20 ° K. In these experiments the hydrogen was a 10 ppm impurity of the nitrogen mixed in.

Es ist auch schon bekannt, in ein zu evakuierendes System ein Hilfsgas in dosierter Menge einzuleiten, das mit einem nur schlecht ausfrierbaren Gas eine Reaktion eingeht, deren Produkt leicht ausgefroren werden kann. Es gibt aber nur wenige Fälle, in denen eine solche chemische Reaktion zur Verfügung steht, so daß dieses Verfahren zur Beseitigung schwer kondensierbarer Gase nur selten angewendet werden kann.It is also already known to use an auxiliary gas in a system to be evacuated to initiate in a dosed amount, the one with a poorly freeze-out gas Enters into a reaction, the product of which can easily be frozen out. But there is only few cases in which such a chemical reaction is available, so that this method of removing gases that are difficult to condense is rarely used can be.

Es ist Ziel der Erfindung, das Verfahren des »Cryotrapping« sowohl für das Pumpen von Wasserstoff als auch für das Abpumpen von beliebigen Gasen mittels Kryopumpen auch in jenen Fällen wesentlich zu verbessern, in denen an sich hinreichend kalte Kryoflächen bereitgestellt werden könnten, so daß in letztgenanntem Fall mit höheren Temperaturen der pumpenden Flächen gearbeitet werden kann, weil dies den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Kälteanlagen außerordentlich verbessert.It is the aim of the invention, the method of "cryotrapping" both for pumping hydrogen as well as for pumping any gases by means of Cryopumps also improve significantly in those cases in which in themselves sufficient cold cryosurfaces could be provided, so that in the latter case with higher temperatures of the pumping surfaces can be worked, because this increases the efficiency and profitability of the operation of the refrigeration systems greatly improved.

Das »Cryotrapping«, soweit es bekannt ist, hat den wesentlichen Nachteil, daß der im Rezipienten benötigte Druck des Hilfsgases in der gleichen Größenordnung liegt wie der Druck des zu pumpenden Restgases. Man kann daher mit dieser Methode zwar den Partialdruck eines störenden Restgases stark erniedrigen, hat aber den Hilfsgasdruck in Kauf zu nehmen. Oder man kann den Hilfsgasdruck niedrig halten, erzielt damit jedoch nur eine geringfügige Verbesserung der Pumpwirkung der Kryofläche auf das Restgas. Ein entsprechend hoher Hilfsgasdruck erscheint daher unvermeidlich, dennoch gelingt es der Erfindung, den schädlichen Einfluß des Hilfsgases auf das Vakuum im Rezipienten gering zu halten.The "cryotrapping", as far as it is known, has the major disadvantage that the pressure of the auxiliary gas required in the recipient is of the same order of magnitude is like the pressure of the residual gas to be pumped. One can therefore use this method strongly lower the partial pressure of a disruptive residual gas, but has the To accept auxiliary gas pressure. Or you can keep the auxiliary gas pressure low, However, it only achieves a slight improvement in the pumping action of the cryosurface on the residual gas. A correspondingly high auxiliary gas pressure therefore appears inevitable, Nevertheless, the invention succeeds in the harmful influence of the auxiliary gas on the To keep the vacuum in the recipient low.

Die obengenannte Aufgabe wird bei einer Kryopumpanordnung zur Erzeugung eines hohen Vakuums in einem Rezipienten durch Kondensation des zu beseitigenden Gases und gleichzeitige Kondensation eines Hilfsgases an einer tiefgekühlten Fläche erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine vor der Kondensationsfläche in den zu evakuierenden Raum mündende Hilfsgaszuführungsleitung vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen der Mündung der Hilfsgaszuführungsleitung und der Kondensationsfläche geringer ist, als der mittleren freien Weglänge der Hilfsgasmoleküle in der Restgasatmosphäre vor der Kondensationsfläche entspricht.The above object is generated in a cryopump arrangement a high vacuum in a recipient due to condensation of that to be removed Gas and simultaneous condensation of an auxiliary gas on a frozen surface solved according to the invention in that a before the condensation surface in the to be evacuated Space opening auxiliary gas supply line is provided, the distance between the mouth of the auxiliary gas supply line and the condensation surface is smaller, as the mean free path of the auxiliary gas molecules in the residual gas atmosphere in front of the condensation surface.

Durch die Einführung eines Hilfsgases in das zu evakuierende System unter den vorstehend genannten räumlichen Bedingungen wird die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens der Hilfsgasmoleküle auf die Kryofläche größer als die Wahrscheinlichkeit des Ruftreffens auf die Wandung des angeschlossenen Rezipienten. Dadurch wird der größere Teil des Hilfsgases an der Kryofläche kondensiert, bevor er Gelegenheit hat, in den Rezipienten zu gelangen und dort das Vakuum zu verschlechtern.By introducing an auxiliary gas into the system to be evacuated under the spatial conditions mentioned above, the probability becomes the impact of the auxiliary gas molecules on the cryosurface is greater than the probability of the call meeting on the wall of the connected recipient. This will make the larger part of the auxiliary gas condenses on the cryosurface before it has an opportunity has to get into the recipient and worsen the vacuum there.

Insbesondere werden bei Beschießen der Kryofläche mit einem Strahl des Hilfsgases auch Zusammenstöße zwischen den Molekülen des Hilfsgases und dem abzupumpenden Restgas im wesentlichen vermieden. Dadurch verringert sich die Streuung der Hilfsgasmoleküle in den zu evakuierenden Raum, so daß das Ziel der Erfindung noch besser erreicht wird.In particular, when the cryosurface is bombarded with a beam of the auxiliary gas also collisions between the molecules of the auxiliary gas and the Residual gas to be pumped off is essentially avoided. This reduces the spread of the auxiliary gas molecules in the space to be evacuated, so that the aim of the invention is achieved even better.

Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Kryopumpanordnung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.An example of a cryopump arrangement according to the invention is given on hand the drawing explained in more detail.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Vakuumanlage, bestehend aus einem zu evakuierenden Rezipienten und einer mit diesem verbundenen Kryopumpanordnung; F i g. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1 die gegenseitige Anordnung der Kryofläche und der Hilfsgaszuführungsleitung.F i g. 1 shows in section a vacuum system consisting of a to evacuating recipient and a cryopump arrangement connected to this; F. i g. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1 the mutual arrangement the cryosurface and the auxiliary gas supply line.

1 bezeichnet den zu evakuierenden Rezipienten, z. B. einen Kessel mit Bodenteil 2 und Deckel 3. An den Flansch 4 ist - symbolisch dargestellt - eine Pumpeinrichtung konventioneller Art - z. B. bestehend aus einer Diffusionspumpe 5 mit Ventil 6 und einer mechanischen Vorpumpe 7 - angeschlossen, die dazu dient, den Rezipienten auf ein geeignetes Ausgangsvakuum von etwa 10-5 bis 10-s Torr zu bringen. Das Bodenteil 2 des Rezipienten ist als Anschlußflansch für die Kryopumpe ausgebildet, die in dem Gehäuse 9 untergebracht ist. Diese weist im wesentlichen ein wendelförmiges, großflächiges Metallband 10 auf, das durch ein mit ihm wärmeleitend verbundenes, von einem Kältemittel z. B. von flüssigem Helium durchströmtes Kühlrohr 11 tiefgekühlt wird und die eigentliche Kryofläche für die abzupumpenden Gase darstellt. Dieser Kryofläche steht in geringem Abstand ein wendelförmiges Rohr 12 gegenüber, welches eine größere Anzahl von der Kondensationsfläche zugewandten Bohrungen 13 aufweist. Durch dieses Rohr 12 wird beim Betrieb ein bei der Temperatur der Kryofläche leicht kondensierbares Hilfsgas unter niedrigem Druck zugeführt, so daß es durch die Bohrungen 13 ausströmt und auf die gegenüberliegende Kryofläche auftritt. Die nötigen Hilfseinrichtungen zur Bereitstellung des Hilfsgases und zur Einstellung des Hilfsgasdruckes im Rohr 12 sind konventioneller Art und werden daher nicht näher beschrieben.1 designates the recipient to be evacuated, e.g. B. a boiler with bottom part 2 and cover 3. On the flange 4 is - symbolically shown - a conventional type of pumping device - z. B. consisting of a diffusion pump 5 with valve 6 and a mechanical backing pump 7 - connected, which serves to bring the recipient to a suitable initial vacuum of about 10-5 to 10-s Torr. The bottom part 2 of the recipient is designed as a connection flange for the cryopump, which is accommodated in the housing 9. This has essentially a helical, large-area metal strip 10, which is connected to it in a thermally conductive manner by a refrigerant z. B. through which liquid helium flows, cooling tube 11 is deep-frozen and represents the actual cryogenic surface for the gases to be pumped out. A helical tube 12 , which has a larger number of bores 13 facing the condensation surface, faces this cryosurface at a small distance. During operation, an auxiliary gas which is easily condensable at the temperature of the cryosurface is fed through this tube 12 under low pressure so that it flows out through the bores 13 and hits the opposite cryosurface. The auxiliary devices required for providing the auxiliary gas and for setting the auxiliary gas pressure in the pipe 12 are of a conventional type and are therefore not described in more detail.

Der wesentliche Teil der Pumpanordnung ist in F i g. 2 vergrößert dargestellt. Das als Kryofläche dienende Metallband 10 weist vorteilhafterweise ein solches Profil auf, daß auch diejenigen Moleküle bzw. Atome des Hilfsgases, welche unter dem größtmöglichen Winkel (nahezu tangential zur Wand des Rohres 12) aus den Öffnungen 13 austreten, noch auf Stellen 14 der Kryoflächen aufprallen.The essential part of the pumping arrangement is shown in FIG. 2 shown enlarged. The metal strip 10 serving as a cryogenic surface advantageously has a profile such that those molecules or atoms of the auxiliary gas which emerge from the openings 13 at the greatest possible angle (almost tangential to the wall of the tube 12) still hit points 14 of the cryogenic surfaces .

Die beschriebene Kryopumpanordnung ist in an sich bekannter Weise nach außen hin durch tiefgekühlte Wände gegen Wärmeeinstrahlung abgeschirmt. Die Abschirmung wird durch einen metallenen Mantel 15 (oder mehrere solche Mäntel) gebildet, welcher durch das von einem Kühlmittel - z. B. flüssigem Stickstoff - durchströmte Kühlrohr 16 gekühlt wird.The described cryopump arrangement is shielded from the outside in a manner known per se by means of deep-frozen walls against heat radiation. The shielding is formed by a metal jacket 15 (or several such jackets), which is protected by a coolant - e.g. B. liquid nitrogen - flowed through cooling tube 16 is cooled.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auf der dem Rezipienten zugewandten Seite ferner ein aus Winkelblechen 17 aufgebautes, den zu evakuierenden Rezipienten von der Kryopumpe trennendes Strömungshindernis vorgesehen, das den Zutritt der abzupumpenden Gase aus dem Rezipienten in die Kryopumpe ermöglicht, die direkte Wärmeeinstrahlung aus dem Rezipienten in die Pumpe verhindert und auch dazu beiträgt, daß die Wahrscheinlichkeit des Ruftreffens von Hilfsgasmolekülen auf die Kryofläche größer ist als die Wahrscheinlichkeit des Ruftreffens auf Teile der Wandung des Rezipienten 1. Hilfsgasmoleküle nämlich, welche infolge mangelnder Kondensation (bei einer Haftwahrscheinlichkeit < 1) oder infolge Zusammenstoßes unter sich oder mit Molekülen des Restgases gesteuert werden und in Richtung auf den Rezipienten zufliegen, werden durch das Strömungshindernis 17 am unmittelbaren Eindringen in denselben gehindert und erhalten - in das Pumpengehäuse zurückreflektiert - die Chance, dort bei einem folgenden Stoß auf die Kryofläche zu kondensieren. Zweckmäßig ist es auch, das Strömungshindernis selbst als Kühlfalle mit einer Temperatur zu ausbilden, welche die in die Falle eintretenden Hilfsgasmoleküle kondensieren läßt.In the embodiment described, on the side facing the recipient there is also provided a flow obstacle made up of angle plates 17 and separating the recipient to be evacuated from the cryopump, which allows the gases to be pumped out of the recipient to enter the cryopump The pump prevents and also contributes to the fact that the probability of the call of auxiliary gas molecules on the cryosurface is greater than the probability of the call on parts of the wall of the recipient 1. Auxiliary gas molecules, namely, those due to a lack of condensation (with an adhesion probability <1) or as a result of a collision are controlled among themselves or with molecules of the residual gas and fly in the direction of the recipient, are prevented by the flow obstacle 17 from direct penetration into the same and get - reflected back into the pump housing - the chance to get there at a to condense in the following shock on the cryosurface. It is also expedient to design the flow obstacle itself as a cold trap with a temperature which allows the auxiliary gas molecules entering the trap to condense.

Da die Abstände zwischen der Kryofläche und der Mündung der Hilfsgaszuführungsleitung bei der gezeichneten Konstruktion besonders klein sind, ist die Bedingung für die mittlere freie Weglänge der Hilfsgasmoleküle in der Restgasatmosphäre leicht zu erfüllen. Diese mittlere freie Weglänge ist bekanntlich um so größer, je geringer der Druck der Restgasatmosphäre ist. Ist der Abstand zwischen der Kryofläche und der Hilfsgasmündung vorgesehen, errechnet sich daraus das mit den Hilfspumpen 6 und 7 herzustellende Ausgangsvakuum nach bekannten Formeln bzw. kann bei vorgegebenem Ausgangsvakuum der nötige Abstand ermittelt werden.Because the distances between the cryosurface and the mouth of the auxiliary gas supply line are particularly small in the construction shown, is the condition for the mean free path of the auxiliary gas molecules in the residual gas atmosphere increases slightly fulfill. This mean free path is known to be greater, the smaller is the pressure of the residual gas atmosphere. Is the distance between the cryosurface and provided for the auxiliary gas orifice, that with the auxiliary pumps 6 is calculated therefrom and 7 starting vacuum to be established according to known formulas respectively. the required distance can be determined with a given initial vacuum.

Ein weiterer Faktor, der die Streuung des Hilfsgases mitbestimmt, ist die Zahl der Zusammenstöße der Hilfsgasmoleküle unter sich. Diese ist abhängig von der Stärke des Hilfsgasstrahles, d. h. von der Dichte des Hilfsgases im Strahl. Auch diese Größe kann durch Einstellen des Hilfsgasdruckes im Rohr 12 leicht passend gewählt werden: der nötige Druck liegt in der Größenordnung des im Rezipienten erforderlichen Ausgangsvakuums.Another factor that influences the scattering of the auxiliary gas is the number of collisions between the auxiliary gas molecules. This depends on the strength of the auxiliary gas jet, ie on the density of the auxiliary gas in the jet. This size can also easily be selected appropriately by setting the auxiliary gas pressure in the pipe 12 : the pressure required is of the order of magnitude of the initial vacuum required in the recipient.

Die optimale Einstellung des Drucks im Rohr 12 ist empirisch zu ermitteln und daran zu erkennen, daß der mit dem Ultrahochvakuummanometer 19 gemessene Druck sich bei Änderung der Hilfsgaszufuhr nicht mehr verringern läßt. Mehr Hilfsgas als nötig soll nicht verwendet werden. Ist der Druck des Hilfsgases im Rohr 12 geringer als der optimale Druck, verschlechtert sich die Wirksamkeit der Kryofläche, ist er aber größer, dann wird sie ziemlich schnell mit einer Schicht gefrorenen Hilfsgases bedeckt, welche durch ihre wärmeisolierende Wirkung die weitere Bindung von Restgasmolekülen behindert und damit die ohne Unterbrechung mögliche Betriebszeit verkürzt.The optimum setting of the pressure in the pipe 12 can be determined empirically and can be recognized from the fact that the pressure measured with the ultra-high vacuum manometer 19 can no longer be reduced when the auxiliary gas supply is changed. More auxiliary gas than necessary should not be used. If the pressure of the auxiliary gas in the pipe 12 is less than the optimum pressure, the effectiveness of the cryosurface deteriorates, but if it is greater, then it is covered fairly quickly with a layer of frozen auxiliary gas, which, due to its heat-insulating effect, hinders the further binding of residual gas molecules and thus shortening the possible operating time without interruption.

Es empfiehlt sich, während der ersten Phase der Evakuierung - also während der Rezipient und das Pumpgehäuse durch die Pumpen 5 und 7 vorevakuiert werden - die Kühlmittel noch nicht anzuwenden, sondern, wenn möglich, das ganze zu evakuierende System und damit alle eingebauten Teile (durch hier nicht zu beschreibende Heizvorrichtungen) auf eine Temperatur von etwa 450°C zu erhitzen, um die an den Innenwänden und an den Einbauteilen noch anhaftenden größeren Gasmengen möglichst weitgehend zu desorbieren und abzupumpen. Erst nach dieser Vorentgasung und Wiederabkühlung des Rezipienten soll die Kryopumpeinrichtung in Betrieb gesetzt werden, worauf nach Absperren des Ventils 6 eine rasche Druckerniedrigung eintritt.It is recommended during the first phase of the evacuation - that is while the recipient and the pump housing are pre-evacuated by the pumps 5 and 7 - Do not use the coolant yet, but, if possible, the whole thing System to be evacuated and thus all built-in parts (through Heating devices) to a temperature of about 450 ° C in order to Inner walls and larger amounts of gas still adhering to the built-in parts, if possible largely desorb and pump out. Only after this pre-degassing and recooling of the recipient, the cryopump device is to be put into operation, whereupon after Shutting off the valve 6, a rapid decrease in pressure occurs.

Wird nun das Hilfsgasregelventil etwas geöffnet und also durch das Rohr 12 und die Öffnungen 13 eine geringe Menge Hilfsgas in den Rezipienten eingeführt, dann erzielt man eine nochmalige ganz erhebliche Druckerniedrigung.If the auxiliary gas control valve is now opened somewhat and a small amount of auxiliary gas is introduced into the recipient through the pipe 12 and the openings 13, another very considerable pressure reduction is achieved.

Das Prinzip, das am Beispiel des Abpumpens von Wasserstoff mittels Argon als Hilfsgas zur Herstellung eines Ultrahochvakuums erläutert wurde und in erster Linie eben für diesen Fall wichtig ist, weil für andere Gase genügend tiefere Temperaturen der Kryoflächen verwirklicht werden können, hat eine weitergehende Bedeutung. Grundsätzlich können zum Abpumpen irgendeines Restgases als Hilfsgase alle Stoffe verwendet werden, deren Dampfdruck bei der Temperatur der Kryofläche nicht größer ist als der im Rezipienten angestrebte Enddruck. So können zum Abpumpen von Wasserstoff an Stelle von Argon die im Betrieb billigeren Gase Kohlenmonoxyd, Wasserdampf oder auch Gemische wie Luft verwendet werden. In jedem Fall kommt es darauf an, ein Hilfsgas zu benutzen, das bei dem nötigen Hilfsgasdruck und der Temperatur der Kryofläche sicher kondensiert, während diese Forderung für das abzupumpende Gas oft nicht erfüllt ist; denn man kann - wie das ausführlich beschriebene Beispiel Wasserstoff-Argon zeigt - auch Gase binden, die bei den im Bereich der Kryofläche vorherrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen an sich überhaupt nicht mehr zu kondensieren vermögen. Aber auch in nicht so extremen Fällen, d. h. mit Druck- und Temperaturverhältnissen, bei denen an sich eine Kondensation noch eintritt, jedoch wegen der geringen Haftwahrscheinlichkeit der auftreffenden, zu bindenden Moleküle einen schlechten Wirkungsgrad aufweist und daher nur langsam, d. h. mit geringer Pumpgeschwindigkeit vor sich geht, kann die erfindungsgemäße Anordnung nützlich sein, indem sie die Pumpgeschwindigkeit wesentlich erhöht, ohne daß die pumpende Fläche vergrößert oder deren Temperatur erniedrigt werden müßte.The principle illustrated using the example of pumping out hydrogen by means of Argon was explained as an auxiliary gas for producing an ultra-high vacuum and in is primarily important for this case, because for other gases it is sufficiently deeper Temperatures of the cryosurface can be realized has a further going Meaning. In principle, any residual gas can be used as auxiliary gases for pumping off all substances are used whose vapor pressure is at the temperature of the cryosurface is not greater than the final pressure aimed for in the recipient. So you can pumping from hydrogen instead of argon the gases carbon monoxide, which are cheaper in operation, Steam or mixtures such as air can be used. In any case it comes on using an auxiliary gas at the necessary auxiliary gas pressure and temperature the cryosurface safely condenses, while this demand for the pumped out Gas is often not met; because you can - like the example described in detail Hydrogen argon shows - also bind gases in the area of the cryosurface The prevailing pressure and temperature conditions per se no longer exist able to condense. But also in not so extreme cases, i. H. with pressure- and temperature conditions at which condensation still occurs, however, because of the low probability of adhesion of the incident to be bound Molecules has a poor efficiency and therefore only slowly, i. H. with low pumping speed is going on, the arrangement according to the invention be useful by significantly increasing the pumping speed without the the pumping surface would have to be enlarged or the temperature of which would have to be lowered.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, bei richtiger Wahl der Art des Hilfsgases für die abzupumpenden Gase einen Kondensationskoeffizienten von nahezu 1 zu erreichen.The arrangement according to the invention makes it possible, with the correct choice of Type of auxiliary gas for the gases to be pumped has a condensation coefficient of almost reach 1.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann so verfahren werden, daß der Einlaß des Hilfsgases - z. B. das Beschießen der Kryofläche mit den Molekülen bzw. Atomen desselben - intermittierend durchgeführt wird, wobei der intermittierende Einlaß bzw. Beschuß durch den Druck in dem zu evakuierenden Raum gesteuert werden kann.In a further embodiment of the invention, the procedure can be that the inlet of the auxiliary gas - z. B. bombarding the cryosurface with the molecules or atoms of the same - is carried out intermittently, with the intermittent Inlet or bombardment can be controlled by the pressure in the room to be evacuated can.

Da zur Unterstützung der Pumpwirkung der Kryofläche nur eine bestimmte, je nach Größe derselben und je nach Restgasverhältnissen wechselnde Menge des Hilfsgases nützlich ist, wobei die optimale Menge, wie oben erwähnt, leicht durch Versuche im Einzelfall vorher ermittelt werden kann, empfiehlt es sich, die Stärke des Hilfsgasstrahles so einzuregeln, daß die Zahl der im Mittel pro Zeiteinheit auf die Kryofläche auftreffenden Hilfsgasmoleküle in einem festen vorgewählten Verhältnis zur Zahl der auf die Kryofläche auftreffenden Moleküle des abzupumpenden Gases steht.Since to support the pumping action of the cryosurface only a certain depending on the size of the same and depending on the residual gas conditions changing amount of auxiliary gas is useful, the optimal amount, as mentioned above, being easily determined by experiment can be determined in advance in individual cases, it is advisable to determine the strength of the auxiliary gas jet to be regulated in such a way that the average number of hits per unit of time on the cryosurface Auxiliary gas molecules in a fixed preselected ratio to the number of those on the cryosurface impacting molecules of the gas to be pumped.

Die Kryofläche braucht selbstverständlich nicht eine wendelförmige Fläche wie im Ausführungsbeispiel zu sein, sondern kann z. B. auch irgendeinen Teil der Rezipientenwandlung bilden. Bei großen Vakuumkesseln, die aus Gründen der mechanischen Stabilität meist Zylinderform aufweisen, kann die Kondensationsfläche als Teil der Innenfläche des Zylindermantels ausgebildet sein, wobei dann zweckmäßigerweise mehrere radial nach allen Richtungen strahlende Hilfsgaszuführungsleitungen im Innern des Kessels (etwa in der Zylinderachse) vorgesehen werden. Oft kann die erfindungsgemäße Anordnung auch mit vorhandenen Vakuumanlagen mit Kryofläche verwirklicht werden, indem an passender Stelle eine Hilfsgaszuführungsleitung angebracht wird.Of course, the cryosurface does not need a helical one Area to be as in the exemplary embodiment, but can, for. B. also any part the change of recipients. In the case of large vacuum boilers, for reasons of mechanical Mostly cylindrical in shape, the condensation surface can be part of the stability Be formed inner surface of the cylinder jacket, then advantageously several Auxiliary gas supply lines radiating radially in all directions inside the Boiler (approximately in the cylinder axis) are provided. Often the invention Arrangement can also be realized with existing vacuum systems with cryosurface, by attaching an auxiliary gas supply line at a suitable point.

Die zur Kühlung der Kryofläche und zur Bereitstellung der Kühlmedien nötigen Hilfseinrichtungen sind allgemein bekannt und werden an dieser Stelle nicht beschrieben.The one for cooling the cryosurface and for providing the cooling media The necessary auxiliary equipment is well known and will not be discussed at this point described.

Claims

1. A Kryopumpanordnung for generating a high vacuum in a recipient by condensation of the disposed of gas and simultaneous condensation of an auxiliary gas at a refrigerated surface, dadurchgek hen -zeichnet that one prior to the condensation surface (10) in the opening into space to be evacuated auxiliary gas feed line ( 12) is provided, the distance between the mouth (13) of the auxiliary gas supply line (12) and the condensation surface (10) being less than the mean free path of the auxiliary gas molecules in the residual gas atmosphere in front of the condensation surface.

2. cryopump arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary gas supply line (12) is designed in the space to be evacuated in such a way that the off during operation its emerging auxiliary gas jet is directed towards the condensation surface (10).

3. cryopump arrangement according to claim 1, characterized in that means for self-actuating Regulation of the amount of Mlfsgasgas supplied depending on the one to be evacuated Room pressure are provided.

4. cryopump arrangement according to claim 1, characterized characterized in that means are provided for the intermittent supply of the auxiliary gas are.

5. Cryopump arrangement according to claim 1, characterized in that the space in front of the condensation surface (10), in which the auxiliary gas supply line (12) opens, is separated from the rest of the space to be evacuated by a cold trap (17, 18).

6. cryopump arrangement according to claim 1, characterized in that the condensation surface is designed as a helical metal strip (10) .

7. Cryopump arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary gas supply line is designed as a tube (12) facing the condensation surface and having bores (13) for the discharge of the auxiliary gas on its side facing the condensation surface. Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1096 538, 1097 616; German utility model No. 1715 389.