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。
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。
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。
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 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。
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