低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率最大、极限压力最低的清洁真空，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。

结构及原理

低温泵的构造和功能

泵的原理：低温泵是一种高真空泵，可以利用在低温表面上的冷凝和吸附的方法将气体和水蒸气从真空室中除掉。抽气过程中，气体不会经过低温泵而会留在腔室里。

障板：障板能保护低温板免受真空室的热辐射。

辐射屏：包裹着冷头，有一个镀镍外层，用来反射辐射的热能；内层涂有专门的黑色涂层，可以防止热量反射到冷板上。冷板外层是高光泽度镀镍处理，内层粘合吸附材料。

冷板：冷板从功能上分为外表面冷凝排除气体部分和内表面活性炭吸附排除气体部分。O 2 、N2、 Ar等凝缩性气体分子的绝大部分被挡在冷板外表面，并在其表面凝缩，而到达其内表面活性炭气体分子则极少。H2分子在外表面不被凝缩而被反射，从而被其内表面的活性炭所吸附。

一级冷头

温度范围：70～100K，通常为80K。主要用来凝缩水蒸气。

二级冷头

温度范围：10～20K，通常为15～20K。主要用来凝缩O 2 、N2、Ar、CO2等饱和蒸气体汽压高的气体。

冷冻机：此制冷机包括一个双级冷头和一个压缩机，通过两个氦管相联，工作介质是气态氦，在压缩机里被压缩，然后在冷头里膨胀，就可使其吸收外部的热量。如果,从外部传入的热量较少或者根本没有, 处于断热状态，气体本身就会降温，这就是他的制冷过程。障板与冷头第二级相连，冷板与第一级相连。

抽气原理：在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结，并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力，从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。①低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上，其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时，冷板温度必须低于 25K；抽氢时，冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。②低温吸附：气体分子以一个单分子层厚(10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在 20K时氢的蒸气压力等于大气压力，用 20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8 帕。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。③低温捕集：在抽气温度下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。

一般说来，泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。温度为120K时，水的蒸气压已低于10-8帕。温度为20K时，除氦、氖和氢外，其他气体的蒸气压也低于10-8帕。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同，泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器，低温板为20K时，泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。

低温泵分为注入式液氦低温泵和闭路循环气氦制冷机低温泵两种。

低温环境的形成

①低温冷凝

气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上，在温度<100K时，水蒸汽和大多数碳氢化合物凝结在障板或冷屏上。除He、H 2、N e 以外的所有气体,由于其饱和蒸汽压低,故会被液化,冷冻在一、二级冷头上。

②低温吸附

温度低于20K时，氢气、氦气和氖气被冷伞内表面上的吸附材料吸附。活性炭在 20K以下的温度时的吸附能力特别的强，所以可以利用二级的低温度和活性炭的这一特性对上述的