В качестве примера рассмотрим устройство крионасоса, сконструированного для откачивания инжекторной камеры термоядерного реактора JET Калхэмской лаборатории. Крионасос имеет модульную конструкцию. Каждый модуль длиной-6 м и шириной 0,35 м состоит из четырех криопанелей с охлаждаемыми жидким азотом теплозащитными экранами. Устройство одного такого модуля показано на рис. 3.19. Десять модулей соединяются между собой боковыми сторонами, образуя криоблок, два таких криоблока используются в каждой инжекторной камере (рис. 3.19, б). Быстрота откачки (по водороду) одного блока составляет около 5000 м3*с^-1, при этом на охлаждение гелиевых панелей требуется мощность ~40 Вт, а на охлаждение теплозащитных экранов ~ 10 кВт.

Рис. 3.19. Крионасос, используемый в термоядерном реакторе JET

1-поверхность, охлаждаемая жидким азотом; 2 - трубопроводы жидкого гелня; 3 - трубопровод газообразного гелия.

Высокая стоимость крионасоса, а также расходуемых криогенных жидкостей делает их использование нецелесообразным для вакуумных систем меньших размеров. Однако благодаря разработке в последние 20 лет небольших гелиевых холодильных машин (криогенераторов) с полезной мощностью (холодо-производительностью) в несколько ватт при охлаждении до 20 К, работающих по замкнутому циклу, стало возможным более широкое использование криооткачки. В первом устройстве этого типа  был применен двухконтурный криогенератор, работающий по циклу Стирлинга.

В первичном контуре, используемом для охлаждения теплозащитного экрана, достигалась температура 50—80 К. Вторичный контур, соединенный с крио-панелью, охлаждается до 20 К. Использованный авторами криогенератор представлял собой довольно примитивную конструкцию, которая в процессе работы создавала значительные шум и вибрацию. Впоследствии был достигнут значительный прогресс в повышении эффективности и миниатюризации криогенераторов; в частности, был разработан компактный и бесшумный криогенератор по циклу Стирлинга с хорошими эксплуатационными характеристиками. Наиболее существенный вклад в разработку современных небольших криогенераторов был сделан Гиффордом и Макмагоном.

Принцип действия криогенератора Гиффорда — Макмагона иллюстрирует рис. 3.20. Криогенератор состоит из трех основных частей: компрессора, регенератора (теплообменника) и рабочего цилиндра с поршнем и вытеснителем. В начале цикла сжатый газ (рабочее тело) поступает в цилиндр через клапан V1; при этом вытеснитель находится в нижнем положении, а клапан V2 закрыт. Затем закрывается клапан Vi и поршень поднимается, заставляя сжатый газ проходить через регенератор, где он сначала охлаждается, а затем поступает в нижнюю часть цилиндра. Клапан V2 открывается, позволяя газу расширяться, который при этом дополнительно охлаждается.

Затем поршень опускается, расширившийся газ сжимается компрессором, клапан V2 закрывается и весь цикл повторяется. В криогенераторах промышленного производства регенератор обычно совмещен с вытеснителем, а поршень в свою очередь приводится в действие рабочим телом. Кроме того, вторичный контур подсоединяется к той же самой охлаждаемой головке, что позволяет получать более низкие температуры и использовать первичный контур в качестве теплового экрана.

Главным различием криогенераторов Гиффорда — Макмаго-на и Стирлинга является то, что в первом компрессор отделен от охлаждаемой головки, тогда как в криогенераторе Стирлинга сжатие газа достигается движением рабочего поршня в про-тивофазе с вытеснительным1). Хотя эффективность криогенера-тора Стирлинга может быть более высокой, разделение комп-

рессора и охлаждаемой головки позволяет выполнять их более компактными, а также отделить главный источник вибраций от вакуумной системы. Конструкция типичного крионасоса показана на рис. 3.21. Тепловой экран охлаждается первичным контуром до — 77 К, а криопанель — вторичным до ~20К (температура, естественно, зависит от тепловой нагрузки на криопанель). Из рис. 3.17 видно, что такие газы, как неон, водород и гелий, при температуре 2OK откачиваются плохо, поэтому для повышения эффективности их откачки на обратную сторону криопанели обычно наносят слой пористого адсорбента, например активированного древесного угля.

Рис. 3.21. Типичный малый крионасос.

1 — трубопроводы гелия; 2 — фланец для подсоединения форвакуумного насоса; 3 — корпус; 4 — теплозащитный экран; 5 — чувствительный элемент водородного термометра; 6 — теплозащитный экран типа «жалюзи»; — вторичный контур охлаждения; 8 — криопанель; 9 — поверхность криопанели, покрытая активированным углем; 10 — первичный контур охлаждения; 11— водородный термометр; 12 — привод.