پمپ دیفیوژن (diffusion pumps) نوعی پمپ خلاء (vacuum pump) است که از یک جت بخار با سرعت بالا برای هدایت مولکول‌های گاز موجود در گلویی پمپ به سمت خروجی پمپ استفاده می‌کند.

اولین انواع پمپ‌های با خلاء بالا (vacuum pumps) تحت رژیم جریان آزاد مولکولی (free molecular flow) کار می‌کردند که در آن حرکت مولکول‌های گاز را می‌توان بر مبنای نفوذ (diffusion) بهتر از دینامیک سیالات معمولی درک کرد. نام پمپ دیفیوژن به این دلیل گذاشته شد که طراحی آن بر اساس این یافته انجام شد که گاز نمی‌تواند در جریان بخار نفوذ کند ولی همراه با آن را به سمت خروجی هدایت می‌شود. البته اصول کاری آن را می‌توان به صورت دقیق‌تر به عنوان پمپ جت گاز (gas-jet pump) توصیف کرد زیرا دیفیوژن نقش مهمی را در دیگر پمپ‌های با خلاء بالا نیز بازی می‌کند. در متون جدید، پمپ دیفیوژن به عنوان یک پمپ انتقال مومنتوم دسته‌بندی می‌شود. پمپ دیفیوژن به طور گسترده‌ای در برنامه‌های تحقیقاتی و صنعتی استفاده می‌شود. بیش‌تر پمپ‌های دیفیوژن مدرن از روغن سیلیکون یا استرهای پلی‌فنیل به عنوان سیال عامل استفاده می‌کنند.

پمپ‌های دیفیوژن روغنی

پمپ دیفیوژن روغنی (oil diffusion pump) با یک روغن با فشار بخار کم کار می‌کند. هدف آن رسیدن به خلاء تا حد امکان بالاتر از چیزی است که با استفاده از پمپ‌های جابه‌جایی مثبت (positive displacement pumps) به تنهایی به دست می‌آید. اگرچه کاربرد آن اغلب به محدوده خلاء بالا مربوط می‌شود (کم‌تر از ^9-10 میلی‌بار)، پمپ‌های دیفیوژن امروزی با استفاده از سیالات و تجهیزات جدید می‌توانند به فشارهای ^10-10 میلی‌بار برسند. ویژگی‌هایی که باعث جذاب شدن پمپ دیفیوژن برای استفاده در خلاء بالا و فوق بالا می‌شوند، سرعت پمپاژ (pumping speed) بالا برای تمام گازها و هزینه کم به ازای هر واحد سرعت پمپاژ در مقایسه با دیگر انواع پمپ مورد استفاده در محدوده خلاء مشابه می‌باشد. پمپ‌های دیفیوژن نمی‌توانند به طور مستقیم به اتمسفر تخلیه شوند و بنابراین یک پیش‌پمپ (forepump) مکانیکی معمولا برای حفظ فشار خروجی در حدود 0.1 میلی‌بار به کار می‌رود.

جت با سرعت بالا به وسیله جوشاندن مایع و هدایت بخار به درون یک دستگاه جت ایجاد می‌شود. توجه داشته باشید که روغن در زمان ورود به نازل به صورت گازی است. در درون نازل، جریان از حالت آرام (laminar) به حالت مافوق صوت و مولکولی تبدیل می‌شود. معمولا چندین جت به صورت سری مورد استفاده قرار می‌گیرند تا میزان پمپاژ را افزایش دهند. خارج پمپ دیفیوژن با استفاده از جریان هوا و یا یک خط آب، خنک می‌شود. زمانی که جت بخار با پوسته بیرونی پمپ دیفیوژن برخورد می‌کند، سیال عامل کندانس و بازیافت و به بویلر بازگردانده می‌شود. گازهای پمپ شده با فشار بیش‌تر به حرکت خود به سمت پایه پمپ ادامه می‌دهند و از خروجی پمپ دیفیوژن به خارج هدایت می‌شوند که در آن‌جا به وسیله یک پیش‌پمپ ثانویه به فشار محیط فشرده و تخلیه می‌شود.

بر خلاف پمپ‌های توربو مولکولی (turbomolecular pumps) و کرایوپمپ‌ها (cryopumps)، پمپ‌های دیفیوژن (diffusion pumps) دارای هیچ قطعه متحرکی نیستند و در نتیجه کاملا با دوام و قابل اعتماد هستند. این پمپ‌ها می‌توانند در محدوده فشار ^10-10 تا ^2-10 میلی‌بار کار کنند. پمپ‌های دیفیوژن تنها توسط جابه‌جایی (convection) به کار می‌افتند و در نتیجه راندمان بسیار پایینی دارند.

یکی از مضرات عمده پمپ‌های دیفیوژن، تمایل بازگشت جریان (backstream) روغن به داخل محفظه خلاء است. این روغن می‌تواند سطوح داخل محفظه را آلوده کند و یا به محض تماس با آب داغ یا با رشته‌های داغ یا تخلیه الکتریکی می‌تواند منجر به رسوب کربنی و یا سیلیسی شود. با توجه به بازگشت جریان، پمپ‌های دیفیوژن روغنی (oil diffusion pumps) برای تجهیزات آنالیز بسیار حساس و یا کاربردهای دیگری که نیاز به یک محیط خلاء بسیار تمیز دارند مناسب نیستند؛ اما پمپ‌های دیفیوژن جیوه‌ای (mercury diffusion pumps) می‌توانند در برای محفظه‌های با خلاء بالا مناسب باشند. اغلب از تله‌های سرد (cold traps) و بافل‌هایی برای به حداقل رساندن بازگشت جریان استفاده می‌شود، اگر چه این باعث اندکی کاهش در توانایی پمپاژ می‌شود.

روغن پمپ دیفیوژن زمانی که گرم است نمی‌تواند در معرض اتمسفر قرار گیرد. اگر این اتفاق رخ دهد، روغن خواهد سوخت و باید جایگزین شود.

اجکتورهای بخار

اجکتور بخار (steam ejector) یک فرم رایج از پمپ دیفیوژن است که برای تقطیر در خلاء (vacuum distillation) و خشک کردن انجمادی (freeze-drying) به کار می‌رود. یک جت بخار وارد بخاری می‌شود که باید از محفظه خلاء حذف شود. اجکتورهای بخاری می‌توانند دارای یک یا چند مرحله باشند و در بین مراحل می‌تواند کندانسور (condensers) وجود داشته باشد.

اجکتورهای هوای فشرده

یک کلاس از پمپ‌های خلاء دیفیوژن، اجکتورهای چند مرحله‌ای هوای فشرده (compressed-air driven ejector) هستند. اجکتورهای هوای فشرده در کاربردهایی که در آن اجسام به وسیله کاپ مکش و خطوط خلاء حرکت می‌کنند بسیار رایج هستند.