Ви є тут

Кінетичні процеси в двофазних твердих розчинах 3Не-4Не

Автор: 
Майданов Володимир Андрійович
Тип роботи: 
Дис. докт. наук
Рік: 
2003
Артикул:
0503U000105
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕРМОМЕТРИИ НИЗКИХ
И СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
В низкотемпературной физике измерения температуры так же трудны и важны, как и
получение этой температуры. Поэтому совершенно естественно, что значительная
часть времени при подготовке и проведении низкотемпературных экспериментов
должно быть посвящено вопросам, связанным с термометрией.
В данном разделе излагаются новые особенности термометрии с помощью двух
основных термометров применяющихся в области сверхнизких температур:
кристаллизационного термометра и шумового термометра.
В процессе выполнения данной работы была также разработана ячейка для
реализации новой реперной точки, основанной на сверхтекучем переходе в 4Не. В
разделе описывается конструкция этой ячейки, принцип работы, результаты
измерений, выполненных в - точке.
Термометрия по давлению плавления 3Не.
Кристаллизационный термометр
Идея использовать кривую плавления 3He как чувствительный термометр для
сверхнизких температур принадлежит Скрибнеру и Адамсу, которые заметили, что
соотношение между давлением плавления 3He и температурой является универсальным
и может быть измерено с высокой точностью. Страти и Адамс развили технику
точного измерения давления при низких температурах с помощью емкостного
мембранного датчика, различные вариации которого широко используются для
термометрии по кривой плавления 3He [39].
Важным достоинством термометров по кривой плавления 3He (кристаллизационных
термометров) является наличие трех надежных реперных точек на кривой плавления
– четкого минимума, точки перехода нормального 3He в сверхтекучую А-фазу и
точку перехода твердого 3He в магнитное упорядоченное состояние.
В настоящее время все особые точки на кривой плавления 3Не хорошо определены и
согласованы в различных метрологических центрах, а зависимость давления
плавления от температуры в диапазоне от 0,9 мК до 1 К является основой новой
международной шкалы температур PLTS-2000 (The Provisional Low Temperature Scale
from 0.9 mК to 1 K) [40]. Таким образом, нижний предел существующей
международной температурной шкалы ITS-90 расширен от 0,65 К до 0,9 мК.
Шкала определена следующим уравнением, связывающим давление плавления 3Не и
температуру.
, (3.1)

Давление и температура четырех реперных точек согласно PLTS-2000 приведены в
табл. 2.1.
Таблица 2.1.
Давления и температуры в особых точках на кривой плавления 3Не
P, MПa
T2000, мK
min
2.93113
315.24
3.43107
2.444
A-B
3.43609
1.896
3.43934
0.902
2.1.1. Конструкция кристаллизационного термометра и особенности его
эксплуатации. Надежная термометрия, основанная на свойствах линии плавления
3Не, стала возможной после разработки чувствительных емкостных датчиков,
обеспечивающих измерения давления непосредственно в измерительной ячейке при
низких температурах. Конструкция кристаллизационного термометра, которая была
реализована в процессе выполнения настоящей работы, приведена на рис.2.1.
Термометр состоит из емкостного тензодатчика, чувствительным элементом
которого служит тонкая мембрана из бериллиевой бронзы, ячейки для 3Не с
серебряным теплообменником, и медного холодоподвода, обеспечивающего надежный
тепловой контакт термометра и камеры растворения рефрижератора. Диаметр
мембраны тензодатчика составлял 6 мм при толщине 0,3 мм. Высота камеры 3Не
составляла 3 мм, степень заполнения прессованным ультрадисперсным серебряным
порошком ~~50%. Капилляр, заполнения выполненный из нержавеющей стали с
внутренним диаметром 0,16 мм и внешним 0,4 мм, был тепловым образом закорочен
на всех температурных ступенях рефрижератора растворения.
Рис. 2.1. Конструкция кристаллизационного термометра.
1 - неподвижная пластина емкостного датчика,
2 - подвижная пластина емкостного датчика,
3 - мембрана из BeCu,
4 - спеченный серебряный порошок,
5 - холодоподвод,
6 - линия заполнения.
Схема внешних коммуникаций кристаллизационного термометра приведена на
рис.2.2. При разработке системы подачи газа для термометра желательно
использовать как можно меньше количество 3Не. Все соединения вплоть до фланца
криостата были выполнены из медного капилляра с внутренним диаметром 1 мм и
внешним 2мм.
Рис. 2.2. Схема внешних коммуникаций кристаллизационного термометра. 1 –
баллон для хранения 3Не, 2 – мановакууметр, 3 – азотная ловушка, 4 -
газификатор в гелиевом транспортном дьюаре, 5 – вентили высокого давления, 6 –
манометр, 7 – кристаллизационный термометр.
Давление в термометре создавалось при помощи газификатора, который соединялся
с системой коммуникаций гибким медным капилляром с внешним диаметром 2,2 мм и
длиной 1,5 – 2,0 м. Газификатор охлаждался в транспортном сосуде для хранения
жидкого гелия и после насыщения, давление в нем регулировалось изменением
высоты над жидким гелием.
Внешние коммуникации кристаллизационного термометра должны быть выполнены
таким образом, чтобы исключить любую возможность попадания 4Не в систему с
чистым 3Не. Не должно быть общих с рефрижератором линий форвакумной откачки,
система должна откачиваться отдельным насосом, «чистым» от 4Не. В системе
коммуникаций предусмотрен также адсорбционный насос низкого давления с гибким
сильфонным шлангом длиной 1.5 м и внутренным диаметром 6 мм. Насос предназначен
для сбора остатков чистого 3Не из коммуникаций после отогрева установки до
комнатной температуры.
Для термометрии использовалось 8 литров газообразного 3Не чистотой лучше чем
99,99%. 3Не такой концентрации был получен при очистке коммерческого 3Не с
примесью 4Не до 0,5% в ректификационной колонке, предложенной Шерманом [41].
Ка