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吸着ポンプは、分子ふるいなどの非常に多孔質な材料に分子を吸着させ、極低温物質（通常は液体窒素）で冷却することで真空を作り出す真空ポンプです。到達圧力は約 10⁻² mbar です。特殊な技術を用いることで、 10⁻⁷ mbarまで下げることができます。主な利点は、オイルやその他の汚染物質がないこと、低コストであること、可動部品がないため振動がないことです。主な欠点は、連続運転ができないこと、液体窒素よりも凝縮温度が低い水素、ヘリウム、ネオンなどのガスを効率的に排気できないことです。主な用途は、表面物理学などの超高真空実験におけるスパッタイオンポンプの粗引きポンプとしてです。
吸着ポンプは通常、ステンレス鋼、アルミニウム、またはホウケイ酸ガラスで製造されます。分子ふるいを充填したシンプルなパイレックス製フラスコから、穴あきチューブと熱伝導フィンを備えた金属製フラスコからなる複雑な金属構造まで、様々な種類があります。圧力逃がし弁を取り付けることも可能です。設計はポンプの吐出速度にのみ影響し、到達可能な最終圧力には影響しません。設計の詳細は、熱伝導フィンによる高速冷却と、穴あきチューブによる高いガス伝導率とのトレードオフによって決まります。
一般的に使用される分子ふるいは、細孔径が約0.4ナノメートル（タイプ4A）で表面積が約500 m 2 /gの合成ゼオライトです。吸着ポンプには300 gから1.2 kgの分子ふるいが含まれています。15リットルのシステムは、300 gの分子ふるいによって約10 −2 mbarまでポンプで減圧されます。[ 1 ]
吸着ポンプは循環ポンプであり、そのサイクルは吸着、脱着、再生の3つの段階から構成される。
吸着段階では、ポンプを用いて真空状態を作り出します。これは、ポンプ本体を低温に冷却することで実現され、通常は液体窒素を満たしたデュワー瓶に浸漬することで行われます。ガスは凝縮するか、分子ふるいの広い表面積に吸着されます。
脱着段階では、ポンプを室温まで温め、ガスを圧力逃がし弁またはその他の開口部から大気中に放出します。ポンプが有毒ガス、可燃性ガス、またはその他の危険なガスの排出に使用されていた場合は、吸着段階で排出されたすべてのガスが脱着段階で放出されるため、安全に大気中に放出するように注意する必要があります。
再生段階では、ポンプ本体を300 ℃まで加熱して、室温では脱着せず分子ふるいに蓄積する水蒸気を蒸発させます。ポンプの完全な再生には通常2時間かかります。[ 1 ]
このポンプは、効率が著しく低下して再生されるまで、吸着と脱着のサイクルで使用することも、吸着と脱着の後に必ず再生を行うサイクルで使用することもできます。
吸着ポンプに新しい分子ふるいを充填した後は、新しい分子ふるいは水蒸気で飽和している可能性が高いため、必ず再生処理を行う必要があります。また、ポンプを使用しないときは、水蒸気飽和を防ぐために大気から遮断する必要があります。
ダイヤフラムポンプやウォーターアスピレーター、圧縮空気ベンチュリポンプなどのシンプルでクリーンな真空ポンプでシステムを事前に排気することで、ポンプの能力を向上させることができます。
より低い圧力を得るために、逐次または多段ポンピングを使用することができます。この場合、2 台以上のポンプが真空容器に並列に接続されます。各ポンプには、真空容器から隔離するためのバルブがあります。排気開始時には、すべてのバルブが開いています。他のポンプがまだ熱い間に、最初のポンプが冷却されます。最初のポンプが最終圧力に達すると、そのポンプは閉じられ、次のポンプが冷却されます。最終圧力は 10 −4 mbar の範囲です。ほとんど排気されないため、残るのは主にヘリウムです。[ 2 ]最終圧力は、空気中のヘリウムの分圧とほぼ等しくなります。
吸着ポンプは、液体窒素温度で凝縮せず、分子サイズが小さいため分子ふるいに効率的に吸着されない水素、ヘリウム、ネオンを除くすべてのガスを効果的に排気します。この問題は、排気前に真空システムを乾燥純窒素でパージすることで解決できます。吸引器による粗排気を行うパージシステムでは、単一の吸着ポンプで10 −4 mbar、連続排気で 10 −7 mbar の最終圧力に到達できます。[ 3 ]乾燥純窒素の典型的な供給源は、液体窒素デュワーのヘッドスペースです。
[ 4 ]では、動的ポンピング技術を適用することで、乾燥窒素パージに頼ることなく水素、ヘリウム、ネオンも排気できることが示唆されている。これは、真空容器へのバルブを閉じた状態でポンプを予冷することによって行われる。ポンプが冷えているときにバルブを開くと、吸着可能なガスの流入によって他のすべてのガスがポンプ内に運ばれる。水素、ヘリウム、ネオンが真空容器に逆流する前にバルブを閉じる。逐次ポンピングも適用できる。最終圧力は示されていない。
連続ポンプ運転は、2台のポンプを並列に接続し、一方のポンプでシステムを排気している間、もう一方のポンプを一時的にシステムから隔離して脱着フェーズにして大気へ排気することでシミュレートできます。ポンプの脱着が十分に完了したら、冷却してシステムに再接続します。もう一方のポンプを隔離して脱着フェーズに入ります。これが連続サイクルとなります。[ 2 ]