Seperti yang mungkin anda perhatikan, air mengembun pada paip air sejuk atau tingkap dan ais terbentuk pada unit penyejat di dalam peti sejuk anda. Kesan pemeluwapan gas dan wap pada permukaan sejuk - wap air khususnya - seperti yang diketahui dalam kehidupan seharian, berlaku bukan sahaja pada tekanan atmosfera tetapi juga dalam vakum. 

Kesan ini telah digunakan untuk waktu yang lama dalam penyejuk terutamanya berkaitan dengan proses kimia; sebelum ini, baffle pada pam difusi digunakan untuk disejukkan dengan mesin penyejuk. Juga dalam ruang tertutup (ruang vakum), pembentukan kondensat pada permukaan sejuk bermakna bahawa sejumlah besar molekul gas telah dikeluarkan dari volume: mereka kekal berada di permukaan sejuk dan tidak lagi mengambil bahagian dalam suasana gas yang sibuk di dalam ruang vakum. Kami kemudian mengatakan bahawa zarah-zarah telah dipam dan bercakap tentang pam kriogenik apabila "kesan pam" dicapai melalui permukaan sejuk. 

Kejuruteraan kriogenik berbeza daripada kejuruteraan penyejukan kerana suhu yang terlibat dalam kejuruteraan kriogenik adalah dalam julat di bawah 120 K (< -243.4°F / -153°C). Di sini kita berhadapan dengan dua soalan: 
a) Apakah prinsip penyejukan yang digunakan dalam kejuruteraan kriogenik atau dalam pam kriogenik dan bagaimana beban terma permukaan sejuk dialihkan atau dikurangkan? 
b) Apakah prinsip operasi bagi cryopump? 

Bergantung kepada prinsip penyejukan, perbezaan dibuat antara 

• Kriostat mandi 
• Pam kriogenik aliran berterusan 
• Pam kriogenik peti sejuk 

Dalam kes bath cryostats – dalam kes yang paling sederhana, perangkap sejuk yang dipenuhi dengan LN₂ (nitrogen cecair) – permukaan pam disejukkan melalui sentuhan langsung dengan gas cecair. Pada permukaan yang disejukkan dengan LN₂, H₂O dan CO₂ dapat mengembun. Pada permukaan yang didinginkan hingga ≈ 10 K, semua gas kecuali He dan Ne boleh dipam melalui pemeluwapan. Permukaan yang disejukkan dengan helium cecair (T ≈ 4,2 K) mampu mengembunkan semua gas kecuali helium. 

Dalam pam kriogenik aliran berterusan, permukaan sejuk direka untuk berfungsi sebagai penukar haba. Helium cecair dalam kuantiti yang mencukupi dipam oleh pam tambahan dari takungan ke dalam penyejat untuk mencapai suhu yang cukup rendah pada permukaan sejuk (panel kriogenik). 
Helium cecair menguap di penukar haba dan dengan itu menyejukkan panel kriogenik. Gas buangan yang dihasilkan (He) digunakan dalam penukar haba kedua untuk menyejukkan baffle pelindung radiasi terma yang melindungi sistem daripada radiasi terma yang datang dari luar. Gas ekzos helium sejuk yang dikeluarkan oleh pam helium disalurkan ke unit pemulihan helium. Suhu pada panel kriogenik boleh dikawal dengan mengawal aliran helium. 

Hari ini, pam kriogenik peti sejuk digunakan hampir secara eksklusif (sejuk atas permintaan). Pam-pam ini beroperasi pada asasnya sama seperti peti sejuk rumah tangga biasa, di mana kitaran termodinamik berikut menggunakan helium sebagai bahan pendingin mungkin digunakan: 

• Proses Gifford-McMahon 
• proses Stirling 
• Proses Brayton 
• proses Claude 

Proses Gifford-McMahon adalah yang paling banyak digunakan hari ini dan proses ini adalah yang telah dikembangkan paling jauh. Ia menawarkan kemungkinan untuk memisahkan lokasi bagi unit pemampat besar dan unit pengembangan di mana proses penyejukan berlaku. Oleh itu, sumber sejuk yang padat dan bergetar rendah boleh direka. Seri cryopump yang dihasilkan oleh Leybold beroperasi dengan kepala sejuk dua peringkat mengikut proses Gifford-McMahon yang dibincangkan secara terperinci di bawah. 

Skop keseluruhan pam kriogenik peti sejuk ditunjukkan dalam Rajah. 2,65 dan terdiri daripada unit pemampat (1) yang dihubungkan melalui saluran tekanan fleksibel (2) – dan dengan itu bebas daripada getaran – kepada cryopump (3). Cryopump itu sendiri terdiri daripada casing pam dan kepala sejuk di dalamnya. Helium digunakan sebagai bahan pendingin yang mengalir dalam kitaran tertutup dengan bantuan pemampat.

Di dalam kepala sejuk, sebuah silinder dibahagikan kepada dua ruang kerja V₁ dan V₂ oleh sebuah pemindah. Semasa operasi, ruang kanan V1 adalah panas dan ruang kiri V₂ adalah sejuk. Pada frekuensi pemindah f, kuasa penyejukan W peti sejuk adalah: (2,26)

Pengganti dipindahkan ke depan dan ke belakang secara pneumatik supaya gas dipaksa melalui pengganti dan seterusnya melalui penjana yang terletak di dalam pengganti. Regenerator adalah akumulator haba yang mempunyai permukaan dan kapasiti pertukaran haba yang besar, yang berfungsi sebagai penukar haba dalam kitaran. Diterangkan dalam Rajah. 2,66 adalah empat fasa penyejukan dalam kepala penyejuk satu peringkat yang beroperasi mengikut prinsip Gifford-McMahon. 

Fasa 1:
Pengganti berada di pusat mati kiri; V₂ di mana sejuk dihasilkan mempunyai saiz minimum. Valve N kekal tertutup, H dibuka. Gas pada tekanan p_H mengalir melalui regenerator ke dalam V₂. Di sana, gas memanas akibat peningkatan tekanan di dalam V₁.

Fasa 2:
Injap H kekal terbuka, injap N ditutup: pemindah bergerak ke kanan dan mengeluarkan gas dari V₁ melalui penjana semula ke V₂ di mana ia menyejuk di penjana semula sejuk.; V₂ mempunyai isipadu maksimum.

Fasa 3:
Injap H ditutup dan injap N ke takungan tekanan rendah dibuka. Gas mengembang dari p_H ke pN dan dengan itu menyejukkan. Ini mengeluarkan haba dari kawasan sekeliling dan ia dibawa bersama gas yang mengembang ke pemampat.

Fasa 4:
Dengan injap N terbuka, pemindah bergerak ke kiri; gas dari V_2,max mengalir melalui penjana semula, menyejukkannya dan kemudian mengalir ke dalam isipadu V₁ dan ke dalam takungan tekanan rendah. Ini menyelesaikan kitaran.

Prinsip Kerja Kepala Sejuk Leybold GM

Kepala sejuk dua peringkat

Pam kriogenik peti sejuk yang dihasilkan oleh Leybold menggunakan kepala sejuk dua peringkat yang beroperasi mengikut prinsip Gifford-McMahon (lihat Rajah. 2,67). Dalam dua siri peringkat yang disambungkan, suhu helium dikurangkan kepada kira-kira 30 K pada peringkat pertama dan seterusnya kepada kira-kira 10 K pada peringkat kedua. Suhu rendah yang dapat dicapai bergantung kepada beberapa perkara termasuk jenis regenerator. Biasanya tembaga perunggu digunakan dalam penjana semula tahap pertama dan plumbum dalam tahap kedua. Bahan lain tersedia sebagai regenerasi untuk aplikasi khas seperti kriostat untuk suhu yang sangat rendah (T < 10 K). Reka bentuk kepala sejuk dua peringkat ditunjukkan secara skematik dalam Rajah. 2,67. Melalui mekanisme kawalan dengan injap kawalan yang digerakkan motor (18) dengan cakera kawalan (17) dan lubang kawalan, tekanan dalam volume kawalan (16) diubah yang menyebabkan pemindah (6) pada peringkat pertama dan peringkat kedua (11) bergerak; sejurus selepas itu, tekanan dalam keseluruhan volume silinder diseimbangkan oleh mekanisme kawalan. Kepala sejuk dihubungkan melalui saluran tekanan fleksibel ke pemampat.

Rajah. 2,68 menunjukkan reka bentuk sebuah cryopump. Ia disejukkan oleh kepala sejuk dua peringkat. Perisai radiasi terma (5) dengan penghadang (6) terikat rapat secara terma kepada peringkat pertama (9) kepala sejuk. Untuk tekanan di bawah 10^-3 mbar, beban terma disebabkan terutamanya oleh radiasi terma. Oleh sebab itu, tahap kedua (7) dengan panel pemeluwapan dan cryosorption (8) dikelilingi oleh pelindung radiasi terma (5) yang berwarna hitam di dalam dan dipoles serta dilapisi nikel di luar. Dalam keadaan tanpa beban, baffle dan pelindung radiasi terma (peringkat pertama) mencapai suhu antara 50 hingga 80 K di cryopanels dan sekitar 10 K di peringkat kedua. Suhu permukaan panel kriogenik ini adalah penentu kepada proses pam yang sebenar. Suhu permukaan ini bergantung kepada kuasa penyejukan yang dibekalkan oleh kepala sejuk, dan sifat konduksi terma dalam arah casing pam. Semasa operasi cryopump, beban yang disebabkan oleh gas dan haba pemeluwapan mengakibatkan pemanasan lanjut pada cryopanels. Suhu permukaan tidak hanya bergantung kepada suhu cryopanel, tetapi juga kepada suhu gas yang telah dibekukan pada cryopanel. Panel kriogenik (8) yang dipasang pada tahap kedua (7) kepala sejuk dilapisi dengan arang aktif di bahagian dalam untuk dapat mengepam gas yang tidak mudah mengembun dan yang hanya dapat dipam melalui kriosorpsi (lihat di bawah). 

Lihat video di bawah untuk melihat animasi pam penyejuk berfungsi.

Konkduktiviti terma gas terkondensasi (pepejal) sangat bergantung kepada strukturnya dan dengan itu kepada cara di mana kondensat dihasilkan. Variasi dalam konduktiviti terma boleh berlaku dalam beberapa urutan magnitud! Apabila kondensat meningkat dalam ketebalan, rintangan terma dan seterusnya suhu permukaan meningkat, yang seterusnya mengurangkan kelajuan pam. Kelajuan pam maksimum bagi pam yang baru dijana dinyatakan sebagai kelajuan pam nominalnya. Proses pengikatan untuk pelbagai gas dalam cryopump dilakukan dalam tiga langkah: pertama, campuran pelbagai gas dan wap bertemu dengan penghalang yang berada pada suhu sekitar 80 K. Di sini, kebanyakannya H₂O dan CO₂ dicairkan. Gas yang tinggal menembusi baffle dan mengenai bahagian luar cryopanel tahap kedua yang disejukkan kepada kira-kira 10 K. Di sini gas seperti N₂, O₂ atau Ar akan mengembun. H₂, He dan Ne sahaja yang akan tinggal. Gas-gas ini tidak dapat dipam oleh panel kriogenik dan gas-gas ini akan melalui beberapa impak dengan pelindung radiasi terma ke dalam panel-panel ini yang dilapisi dengan bahan penyerap (panel kriosorpsi) di mana ia terikat melalui kriosorpsi. Oleh itu, untuk tujuan mempertimbangkan sebuah cryopump, gas-gas dibahagikan kepada tiga kumpulan bergantung kepada suhu di dalam cryopump di mana tekanan bahagiannya jatuh di bawah 10^-9 mbar: 

Perbezaan dibuat antara mekanisme pengikatan yang berbeza seperti berikut:

Kriokondensasi

Kriokondensasi adalah pengikatan fizikal dan boleh terbalik bagi molekul gas melalui daya Van der Waals pada permukaan sejuk yang cukup dari bahan yang sama. Tenaga ikatan adalah sama dengan tenaga pengewapan gas pepejal yang terikat pada permukaan dan dengan itu berkurang apabila ketebalan kondensat meningkat seperti juga tekanan wap. Cryosorption ialah pengikatan fizikal dan boleh dibalikkan molekul gas melalui daya Van der Waals pada permukaan bahan lain yang cukup sejuk. Tenaga ikatan adalah sama dengan haba penyerapan yang lebih besar daripada haba pengewapan. Sebagai segera setelah satu lapisan monolayer terbentuk, molekul-molekul berikutnya akan mengenai permukaan yang sama (sorbent) dan proses ini berubah menjadi kriokondensasi. Tenaga ikatan yang lebih tinggi untuk kriokondensasi menghalang pertumbuhan lanjut lapisan kondensat dengan itu mengehadkan kapasiti bagi gas yang diserap. Walau bagaimanapun, bahan penyerap yang digunakan, seperti arang aktif, gel silika, gel alumina dan penyerap molekul, mempunyai struktur berpori dengan kawasan permukaan spesifik yang sangat besar sekitar 10⁶m²/kg. Pemangkasan kriogenik difahami sebagai penglibatan gas dengan titik didih rendah yang sukar untuk dipam seperti hidrogen, dalam matriks gas yang mempunyai titik didih lebih tinggi dan yang boleh dipam dengan mudah seperti Ar, CH4 atau CO2. Pada suhu yang sama, campuran kondensat mempunyai tekanan wap tepu yang jauh lebih rendah berbanding kondensat tulen gas dengan titik didih yang lebih rendah. 

Memandangkan kedudukan cryopanels dalam cryopump, konduktiviti dari vakum flange ke permukaan ini dan juga urutan pam pengurangan (apa yang telah mengembun di baffle tidak dapat sampai ke tahap kedua dan menggunakan kapasiti di sana), situasi timbul seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 2,69.

Hidrogen - Uap air - Nitrogen
Konduktans berkaitan kawasan flang pengambilan dalam l / s · cm²:
43,9           -      14,7         -      11,8
Kelajuan pam berkaitan kawasan bagi cryopump dalam l / s · cm²:
13,2          -       14,6         -        7,1
Nisbah antara kelajuan pam dan konduktans:
30 %          -       99 %       -      60 %

Molekul gas yang memasuki pam menghasilkan kelajuan pam teoritis yang berkaitan dengan kawasan mengikut persamaan 2.29a dengan T = 293 K. Kelajuan pam yang berbeza telah digabungkan untuk tiga gas wakil H₂, N₂ dan H₂0 yang diambil dari setiap kumpulan yang disebutkan di atas. Oleh kerana wap air dipam ke seluruh kawasan kemasukan cryopump, kelajuan pam yang diukur untuk wap air hampir tepat dengan kelajuan pam teoritis yang dikira untuk flang kemasukan cryopump. N₂ sebaliknya mesti terlebih dahulu mengatasi penghalang sebelum ia boleh disambungkan ke panel kriokondensasi. Bergantung pada reka bentuk baffle, 30 hingga 50 peratus daripada semua N₂ molekul dipantulkan. 

H₂ tiba di panel cryosorption selepas perlanggaran lanjut dan dengan itu menyejukkan gas. Dalam kes panel kriogenik yang direka secara optimum dan hubungan yang baik dengan arang aktif, sehingga 50 peratus H₂ yang telah mengatasi penghalang boleh diikat. Disebabkan oleh sekatan berkaitan akses ke permukaan pam dan penyejukan gas melalui perlanggaran dengan dinding di dalam pam sebelum gas mencapai permukaan pam, kelajuan pam yang diukur untuk kedua-dua gas ini hanya mencapai sebahagian kecil daripada kelajuan pam teoritis. Bahagian yang tidak dipam dipantulkan terutamanya oleh penghalang. Selain itu, kebarangkalian penyerapan untuk H₂ berbeza antara pelbagai adsorben dan adalah < 1, manakala kebarangkalian untuk pemeluwapan wap air dan N₂ ≈ 1. 

Tiga kapasiti berbeza bagi pam untuk gas yang boleh dipam adalah hasil daripada saiz tiga permukaan (baffle, permukaan kondensasi di luar tahap kedua dan permukaan sorpsi di dalam tahap kedua). Dalam reka bentuk sebuah cryopump, komposisi gas purata (udara) diandaikan yang secara semula jadi tidak terpakai untuk semua proses vakum (proses sputtering, sebagai contoh). Lihat "Regenerasi Sebahagian," di bawah.)

Kuantiti ciri bagi sebuah cryopump adalah seperti berikut (tanpa urutan tertentu): 

• Masa cooldown 
• Nilai persilangan 
• Tekanan maksimum 
• Kapasiti 
• Kuasa penyejukan dan kuasa penyejukan bersih 
• Masa regenerasi 
• Keluaran dan aliran pV maksimum 
• Kelajuan pam 
• Jangka hayat atau tempoh operasi 
• Tekanan permulaan 

Masa cooldown

Masa penyejukan cryopump adalah jangka masa dari permulaan hingga kesan pam mula berfungsi. Dalam kes cryopump peti sejuk, masa penyejukan dinyatakan sebagai masa yang diambil untuk tahap kedua kepala sejuk menyejuk dari 293 K ke 20 K. 

Nilai persilangan

Nilai crossover adalah kuantiti ciri bagi pam kriogenik peti sejuk yang sudah sejuk. Ia adalah penting apabila pam disambungkan ke ruang vakum melalui injap HV / UHV. Nilai crossover adalah jumlah gas berkenaan dengan T_n=293 K yang boleh dimuatkan secara maksimum dalam ruang vakum supaya suhu cryopanels tidak meningkat melebihi 20 K akibat letupan gas semasa membuka injap. Nilai crossover biasanya dinyatakan sebagai nilai pV dalam mbar · l. 

Nilai crossover dan isipadu ruang V menghasilkan tekanan crossover pc yang mana ruang vakum mesti dikosongkan terlebih dahulu sebelum membuka injap yang menuju ke cryopump. Yang berikut boleh dijadikan panduan:

V = Isipadu ruang vakum (l), 
Q2(20K) = Kapasiti penyejukan bersih dalam Watt, yang tersedia pada tahap kedua kepala sejuk pada 20 K.

Tekanan akhir p_end

Untuk kes cryocondensation (lihat "Pengikatan gas kepada permukaan sejuk," di atas) tekanan akhir boleh dikira dengan: 

p_S adalah tekanan wap tepu bagi gas atau gas-gas yang akan dipam pada suhu TK panel kriogenik dan T_G adalah suhu gas (suhu dinding di sekitar panel kriogenik).

Contoh: Dengan bantuan lengkung tekanan wap dalam Rajah. 9,15 untuk H₂ dan N₂ tekanan akhir yang diringkaskan dalam Jadual 2,6 pada TG = 300 K hasil. 

Jadual menunjukkan bahawa untuk hidrogen pada suhu T < 3 K pada suhu gas T_G= 300 K (iaitu apabila cryopanel terdedah kepada radiasi terma dinding) tekanan akhir yang cukup rendah dapat dicapai. Disebabkan oleh beberapa faktor yang mengganggu seperti desorpsi dari dinding dan kebocoran, tekanan akhir teoritis tidak dapat dicapai dalam praktik. 

Kapasiti C (mbar · l)

Kapasiti sebuah cryopump untuk gas tertentu adalah jumlah gas (nilai pV pada Tn = 293 K) yang dapat diikat oleh cryopanels sebelum kelajuan pam untuk jenis gas ini G jatuh di bawah 50% daripada nilai awalnya. 
Kapasiti untuk gas yang dipam melalui cara cryosorption bergantung kepada kuantiti dan sifat agen sorpsi; ia bergantung kepada tekanan dan secara amnya adalah beberapa perintah magnitud lebih rendah berbanding dengan kapasiti yang tidak bergantung kepada tekanan untuk gas yang dipam melalui cara cryocondensation. 

Kuasa penyejukan Q . (W)

Kuasa penyejukan sumber penyejuk pada suhu T memberikan jumlah haba yang boleh diekstrak oleh sumber penyejuk sambil masih mengekalkan suhu ini. Dalam kes peti sejuk, telah dipersetujui untuk menyatakan bagi kepala sejuk satu peringkat kuasa penyejukan pada 80 K dan bagi kepala sejuk dua peringkat kuasa penyejukan untuk peringkat pertama pada 80 K dan untuk peringkat kedua pada 20 K apabila kedua-dua peringkat dimuatkan secara serentak secara termal. Semasa pengukuran kuasa penyejukan, beban terma dihasilkan oleh pemanas elektrik. Kekuatan penyejukan adalah yang tertinggi pada suhu bilik dan adalah yang terendah (Sifar) pada suhu akhir. 

Kuasa penyejukan bersih Q . (W)

Dalam kes pam kriogenik peti sejuk, kuasa penyejukan bersih yang tersedia pada suhu operasi biasa (T1 < 80 K, T2 < 20 K) secara substansial menentukan kadar aliran dan nilai persilangan. Jaring. kuasa penyejukan adalah – bergantung kepada konfigurasi pam – jauh lebih rendah daripada kuasa penyejukan kepala sejuk yang digunakan tanpa pam. 

aliran pV

Lihat halaman pada Jenis Aliran

Masa regenerasi

Sebagai peranti perangkap gas, cryopump mesti dijana semula selepas tempoh operasi tertentu. Regenerasi melibatkan pengeluaran gas yang tercondensasi dan teradsorpsi dari panel kriogenik dengan memanaskannya. Regenerasi boleh dijalankan sepenuhnya atau hanya sebahagian dan berbeza terutamanya dari segi cara pemanasan cryopanels. 

Dalam kes regenerasi total, perbezaan dibuat antara: 

1. Pemanasan semula jadi: selepas mematikan pemampat, panel kriogenik pada mulanya hanya memanas dengan sangat perlahan melalui konduksi terma dan kemudian juga melalui gas yang dilepaskan. 
2. Kaedah gas pembersihan: cryopump dipanaskan dengan membenarkan gas pembersihan yang hangat masuk. 
3. Pemanas elektrik: panel kriogenik pada pam kriogenik dipanaskan oleh pemanas pada tahap pertama dan kedua. Gas yang dilepaskan dibebaskan sama ada melalui injap tekanan berlebihan (kaedah gas pembersihan) atau oleh pam sokongan mekanikal. Bergantung kepada saiz pam, seseorang perlu menjangkakan masa regenerasi selama beberapa jam. 

Regenerasi separa

Oleh kerana had dalam jangka hayat sebuah cryopump bergantung pada kebanyakan aplikasi kepada had kapasiti untuk gas nitrogen, argon dan hidrogen yang dipam oleh peringkat kedua, sering kali diperlukan untuk menjana semula hanya peringkat ini. Uap air disimpan semasa regenerasi separa oleh penghalang. Untuk ini, suhu tahap pertama mesti dikekalkan di bawah 140 K atau sebaliknya tekanan separa wap air akan menjadi begitu tinggi sehingga molekul air akan mencemari bahan penyerap pada tahap kedua. 

Pada tahun 1992, Leybold adalah pengeluar pertama cryopump yang membangunkan kaedah yang membolehkan pemulihan separa seperti itu. Proses regenerasi pantas ini dikawal oleh mikroprosesor dan membenarkan regenerasi separa bagi cryopump dalam masa kira-kira 40 minit berbanding 6 jam yang diperlukan untuk regenerasi penuh berdasarkan kaedah gas pembersih. Perbandingan antara kitaran tipikal untuk regenerasi total dan separa ditunjukkan dalam Rajah. 2,70. Masa yang dijimatkan oleh Sistem Regenerasi Pantas adalah jelas. Dalam persekitaran pengeluaran untuk proses sputtering yang tipikal, seseorang perlu menjangkakan satu regenerasi penuh selepas 24 regenerasi separa. 

Keluaran dan aliran pV maksimum: (mbar l/s)

Keluaran sebuah cryopump untuk gas tertentu bergantung kepada aliran pV gas G melalui bukaan pengambilan pam. 

Q_G = q_pV,G; persamaan berikut berlaku 
Q_G = p_G · S_G dengan 
p_G = tekanan pengambilan, 
S_G = kapasiti pam untuk gas G 

Aliran pV maksimum di mana cryopanels dipanaskan hingga T ≈ 20 K dalam kes operasi berterusan, bergantung kepada kuasa penyejukan bersih pam pada suhu ini dan jenis gas. Untuk pam kriogenik peti sejuk dan gas yang boleh mengembun, yang berikut boleh diambil sebagai panduan: 

Q.2 (20 K) adalah kuasa penyejukan bersih dalam Watt yang tersedia pada tahap kedua sejuk pada 20 K. Dalam kes operasi selang, aliran p_V yang lebih tinggi adalah dibenarkan (lihat nilai persilangan). 

Kelajuan pam S_th

Yang berikut terpakai untuk kelajuan pam (teoritis) bagi pam kriogenik: 

A_K - Saiz panel kriogenik 
S_A - Kelajuan pam berkaitan dengan luas permukaan (kadar impak berkaitan dengan kawasan menurut persamaan 1,17 dan 1,20, berkadar dengan kelajuan purata molekul gas dalam arah cryopanel). 
α - Kebarangkalian pemeluwapan (pam) 
p_end - Tekanan akhir (lihat di atas) 
p - Tekanan dalam ruang vakum 

Persamaan (2,29) digunakan untuk sebuah cryopanel yang dibina ke dalam ruang vakum, yang luas permukaannya kecil berbanding dengan permukaan ruang vakum. Pada suhu yang cukup rendah, α = 1 untuk semua gas. Persamaan (2,29) menunjukkan bahawa untuk p >> pend, ungkapan dalam kurungan menghampiri 1 sehingga dalam kes yang terlebih tepu p >> pend > Ps sehingga: 

TG - Suhu gas dalam K 
M - Jisim molar 

Diberikan dalam Jadual 2,7 adalah kelajuan pam berkaitan dengan luas permukaan SA dalam l · s^-1 · cm^-2 untuk beberapa gas pada dua suhu gas yang berbeza T_G dalam K yang ditentukan mengikut persamaan 2.29a. Nilai yang dinyatakan dalam Jadual adalah nilai had. Dalam praktiknya, keadaan hampir keseimbangan yang tidak terganggu (panel kriogenik kecil berbanding dengan permukaan dinding yang besar) sering kali tidak benar, kerana panel kriogenik besar diperlukan untuk mencapai masa pam yang singkat dan vakum akhir yang baik. Penyimpangan juga berlaku apabila panel kriogenik dikelilingi oleh penghadang yang disejukkan di mana kelajuan molekul yang menembusi sudah dikurangkan oleh penyejukan. 

Jangka hayat atau tempoh operasi: atas (s)

Tempoh operasi cryopump untuk gas tertentu bergantung kepada persamaan:

dengan

C_G = Kapasiti cryopump untuk gas G
Q_G(t) = Keluaran cryopump untuk gas pada waktu t

Jika purata tetap dari semasa ke semasa untuk throughput QG diketahui, maka yang berikut adalah terpakai:

Selepas tempoh operasi t_op,G telah berlalu, cryopump mesti dijana semula berkenaan dengan jenis gas G. 

Tekanan permulaan p_o

Pada dasarnya, adalah mungkin untuk memulakan cryopump pada tekanan atmosfera. Namun, ini tidak diingini atas beberapa sebab. Selagi laluan bebas purata molekul gas lebih kecil daripada dimensi ruang vakum (p > 10^-3 mbar), konduktiviti terma gas adalah begitu tinggi sehingga sejumlah besar haba yang tidak dapat diterima dipindahkan ke panel kriogenik. Selanjutnya, lapisan kondensat yang agak tebal akan terbentuk pada panel kriogenik semasa permulaan. Ini akan mengurangkan kapasiti cryopump yang tersedia untuk fasa operasi sebenar dengan ketara. Gas (biasanya udara) akan terikat pada adsorben, kerana tenaga ikatan untuk ini adalah lebih rendah daripada yang untuk permukaan kondensasi. Ini akan mengurangkan lagi kapasiti hidrogen yang sudah terhad. Adalah disyorkan bahawa cryopump dalam julat vakum tinggi atau vakum ultra tinggi dimulakan dengan bantuan pam sokongan pada tekanan p < 5 · 10^-2 mbar. Sebagai segera setelah tekanan permulaan dicapai, pam sokongan boleh dimatikan.