Мы рассмотрели действие одиночного адсорбционного насоса для получения предварительного вакуума и пришли к выводу, что при использовании цеолита хорошего качества можно получить предельное давление порядка 1 Па, ограниченное парциальным давлением неона в атмосфере. Однако если адсорбционный насос предварительно откачать, то может быть достигнуто более низкое давление.

Рассмотрим два адсорбционных насоса, соединенных параллельно (рис. 3.14). Оба насоса одновременно активируются нагреванием при открытых выпускных клапанах Vi и Уз и закрытых впускных V2 и V4. После активации клапаны Vi и V3 закрываются, a V2 и V1 открываются и насос S1 охлаждается.

После достижения некоторого остаточного давления клапан V2 закрывается и охлаждается насос S2, который продолжает откачку системы. Эффект от двух насосов, работающих таким образом, можно оценить из соответствующих изотерм. Первый насос снижает давление азота на шесть порядков (приблизительно до 10^-1 Па); давление неона при этом уменьшается только на порядок, т. е. до ~5*10^-1 Па. Остаточный газ после работы первого насоса будет состоять в основном из неона, и второй насос сможет откачать неон до давления около 5*10^-2 Па. При этом давление азота уменьшается до ~ 10^-5 Па. Хотя общее давление остаточного газа и не очень низкое, использование двух насосов предпочтительнее по сравнению с одним насосом двойного объема, поскольку значительно уменьшаются парциальные давления активных газов — азота, кислорода и паров воды, а насосы могут поочередно регенерироваться, обеспечивая, таким образом, непрерывную откачку системы.

Рис. 3.14. Параллельное соединение двух адсорбционных насосов.

Таблица Характеристики остаточных газов после откачки воздуха

Рассмотрим теперь возможность создания для адсорбционного насоса форвакуума, например, ротационным насосом. В этом случае парциальные давления азота и неона будут снижены в одинаковой степени, и после охлаждения адсорбционного насоса можно получить высокий или даже сверхвысокий вакуум. Однако одним из главных преимуществ адсорбционных насосов является получение вакуума без загрязняющих примесей, и если вначале откачка производится ротационным или аналогичным ему насосом, то можно предположить, что это преимущество адсорбционного насоса будет утрачено. Тем не менее это не совсем так.

Цеолиты очень хорошо поглощают пары масла, так что адсорбционный насос может выполнять роль эффективной ловушки масла. Рид сконструировал насос, в котором объединены оба эти качества (рис. 3.15). Откачивая адсорбционный насос с помощью диффузионного и ротационного до давления 1O^-7 Па, он получил разрежение 10^-9 Па при охлаждении насоса до 78 К.

В случае использования адсорбционного насоса для откачивания систем высокого вакуума необходим хороший тепловой контакт между охлаждаемой поверхностью и цеолитом. При откачивании от атмосферного давления отвод тепла от гранул цеолита, не находящихся в контакте с охлаждаемыми стенками, сначала осуществляется, в основном, самим газом.

По мере снижения давления теплообмен ухудшается и температура цеолита становится выше температуры стенок. Этот эффект продемонстрирован на рис. 3.16, где представлены результаты измерения температуры в центре цилиндрического сосуда диаметром 40 мм, заполненного гранулярным цеолитом типа 13Х, в зависимости от времени охлаждения. Из рисунка видно, что в случае предварительно откачанного сосуда температура цеолита падает очень медленно и даже после охлаждения в течение 16 ч не опускается ниже 190 К.

Рис. 3.15. Адсорбционный насос для высоковакуумных систем 1 — сеточный стакан; 2 — нагреватель; 3 — цеолит; 4 — крепление сеточного стакана- 5 — ребра, повышающие эффективность охлаждения цеолита; - 7 —область сорбционной откачки; 8 — вредный объем.

Рис. 3.16. Эффективность охлаждения цеолита в центре адсорбционного насоса, охлаждаемого жидким азотом.