低温泵，也称为冷凝泵，是一种利用低温表面冷凝气体的真空泵。其工作原理是通过将泵体表面降温至低于气体的冷凝点，使气体在表面冷凝，从而实现气体的抽除。低温泵能够实现最大抽气速率和最低极限压力，获得高品质的清洁真空。

低温泵被广泛应用于多个领域，包括半导体和集成电路的研究与生产、分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机以及空间模拟装置等。

低温泵的主要用途是将低温液体从低压力区域输送到高压力区域。随着空气分离技术的发展，低温液体的应用与发展日益广泛。在空气分离设备中，低温泵发挥着重要作用，主要体现在液体循环和液体抽取与压入两个方面：低温泵用于维持低温液体的循环，以确保设备的正常运行和效率；同时，它能够从贮槽中抽取低温液体，并将其压入汽化器，在汽化过程中，液体转变为气体并输送至用户。

低温泵内设有由液氦或制冷机冷却至极低温度的冷板，这一设计使得气体能够在其表面凝结，并将凝结物的蒸汽压力保持在低于泵的极限压力，从而实现抽气功能。低温抽气的主要作用包括低温冷凝、低温吸附和低温捕集。

首先，低温冷凝是指气体分子在冷板表面或已冷凝的气体层上凝结，其平衡压力基本等于冷凝物的蒸汽压。在进行抽气时，冷板的温度需低于25K，而抽氢时则要求更低的温度。此过程中，低温冷凝的凝结层厚度可达约10毫米。

其次，低温吸附是指气体分子以单分子层的厚度（通常在厘米数量级）被吸附到涂覆在冷板上的吸附剂表面上。此时，吸附的平衡压力远低于相同温度下的蒸汽压力，例如在20K时，氢气的蒸汽压力等于大气压力，但使用20K的活性炭吸附氢气时，吸附平衡压力则低于1帕。这使得在较高温度下通过低温吸附实现抽气成为可能。

最后，低温捕集是指在抽气温度下无法冷凝的气体分子，逐渐被不断增加的可冷凝气体层所埋藏和吸附。

一般来说，泵的极限压力指的是在冷板温度下被冷凝气体的蒸汽压力。例如，在温度为120K时，水的蒸汽压力已降至低于1帕。而在20K时，除氦、氖和氢之外，其他气体的蒸汽压力同样低于1帕。然而，由于被抽容器与低温冷板之间存在温度差异，泵的极限压力通常高于冷凝物的蒸汽压力。以室温下的容器为例，当低温板的温度为20K时，泵的极限压力大约是冷凝物蒸汽压力的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。

注入式液氦低温泵

主要由液氦容器、泵体和连接挡板的液氮腔体等部分组成。为了减少液氦消耗，液氦容器的外壁采用双层保温壁并在其间抽成真空。当泵被预抽到 帕压力时灌入液氮和液氦，气体凝结在4.2K的工作冷板上。经预抽使氦氢分压到 帕数量级，故泵可获得 帕以下的极限压力。如果把液氦容器抽真空减压病到6650帕，液氦温度可降到2.3K，则可得到更低的极限压力。

闭路循环气氦制冷机低温泵

它是70年代出现的新型低温泵。这种泵不消耗氦气、操作简便，易于维修，应用日渐广泛。制冷机的制冷介质为气氦，一级冷板温度为，典型应用是65K,用来冷凝水蒸汽和预冷其他气体；二级冷板温度为，用来冷凝氮、氧和等气体。在二级冷板的内表面涂以活性炭。活性炭在低温下对氦、氖和氢有很强的吸附能力。冷板由无氧铜制成，表面抛光达到镜面程度，以减小辐射系数。泵的极限压力为 帕，工作压力范围为 帕，要求预抽压力为1帕。制成的产品抽气速率已达60000升/秒。此外，尚可根据工艺的特点把抽气冷板安排在被抽容器内，其抽气速率可达到106升/秒以上。

低温泵的热负载主要来源于气体的凝结热和周围壁面对工作冷板的辐射热。凝结热与气体的种类密切相关。例如，当温度为80K、压力为133.322帕·升的氮气冷凝在20K的冷板上时，其凝结热为一定的焦耳值。

此外，工作冷板所接受的辐射热与周围壁面的温度和工作冷板的温度之间的差值的四次方成正比。为减少工作冷板所接受的辐射热，通常会使用冷板进行屏蔽，特别是在4.2K和20K的工作冷板中，以有效降低辐射热的影响。

立式结构

立式结构的低温泵适合埋装在地下，能够有效避免电动机热风、空气温度和日照等外部因素的影响，从而便于保冷。该结构的设计降低了泵的吸上高度，增加了灌注头，并提高了有效汽蚀余量。此外，立式结构有利于排气，使悬挂轴具有足够的高度，方便布置轴封装置。因此，这种泵也被称为立式筒型泵。

对称结构

低温泵的整体结构力求对称布置，以确保在冷态下能均匀变形。冷头通常采用二级机构，其中第一级可以达到80K的温度，而第二级则能够降至10K。

双层壳体

为了便于保冷并有利于输送危险介质，低温泵通常采用双层壳体设计。内壳承受泵的工作压力，而内外壳之间的空间则用于吸入压力，这样可以适当降低内壳的强度要求。外壳设计为真空夹层，以达到良好的隔热效果。通过这些设计，可以提高泵的安全性和运行效率。

(1)低温泵在获取洁净和无油真空方面，具有其他产品无法相比的优势。它可以作为研究其他真空泵对真空污染程度的标准；

(2)低温泵在抽除水蒸汽和其他潮湿混合气方面具有较大抽速；

(3)低温泵在抽取轻重量分子方面也具有较大抽速；

(4)在要求大抽速的真空设备中，低温泵是最经济的。商品化的低温泵可以在很小的口径下提供大的抽速；

(5)低温泵是基于低温吸附而工作的，不需要其他电子材料，不会有波动；

(6)在真空中无任何运动部件，高稳定性，也不会带来密封问题；

(7)低温泵的安装无任何方向要求；

(8)低温泵还可以进行选择性的抽取某种气体。

吸附材料对低温泵的工作性能具有重要影响。在真空获得方面，虽然一台没有任何吸附剂的低温泵在某些条件下可能能够满足需求，但通常情况下，低温泵依赖液氦或制冷机来达到低温，其最低温度可降至4K。在此温度下，低温泵需要抽除氦气，因为氦气常用于真空检漏。因此，吸附材料在低温泵的气体抽除过程中发挥着重要作用。与没有吸附材料的情况相比，低温下的吸附材料能够实现更低的平衡压力。低温泵的工作原理是通过表面吸附实现的，因此，材料的表面积越大，对泵的工作性能越有利。因此，选择合适的吸附材料时，需确保其具备较大的比表面积和吸附容量。

对吸附材料进行表征的物理量主要有：几何形状和颗粒大小分布；表面结构；密度；比表面积；孔径分布、孔容和平均孔径大小等。目前研究低温泵的吸附材料主要是通过以上参数的表征而进行的。