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氦-3在低温制冷领域的使用

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-05-14 16:47:00【

He-3的一同性质引起低温物理和低温工程领域研究者的极大喜欢,其间最令人注目的是He-3在获取1K以下低温环境所扮演的绝无仅有的人物,而这个温度区间正是基础物理学等现代高新科学研究的重要领域。He-3具有低沸点、低密度、高比热容、高热导率等性质,这些性质使它成为低温工程中极为特别的一种制冷工质,尤其是在接近绝对零度的极低温下。

 
1956年,瓦尔特斯(G. K. Walters)和费尔班克斯(W. M. Fairbanks)发现,温度在0.87K以下时,3He和4He混合液分红两个彻底不同的相,较轻的富3He相浮在上层,而较重的富4He相沉在底层。富3He相也称浓缩相,在0.3K以下时几乎是纯3He。富4He相则称为稀释相,它含有6.4%的3He,即便接近绝对零度也仍有6.4%的3He溶解在4He中。这一特性成为可接连获得毫开温度的稀释制冷机的基础。
 
1962年,H.伦敦和门德尔松(KurtMendelssohn)等人再次提出稀释制冷实用技术计划。稀释制冷原理与蒸腾制冷有相似之处。低温下4He呈超流态,是慵懒液体,而3He仍为正常流体,是个活泼成分。因而,若一个容器中盛有3He-4He混合液,底层的富4He相对于上层富3He相来说,能够认为是只起支撑或“机械真空”的效果。只需采纳某种方法除掉一些富4He相中溶解的3He,底层富4He相中
 
3He浓度下降,必定损坏两相间的平衡,富3He相中的3He原子将穿过分界层涣散到富4He相中去。从界面上看,这相当于3He蒸腾,只不过3He分子不是蒸腾进入气相空间,而是“蒸腾”进入液相的超流态4He中。这个进程实际上是3He不断被稀释的进程,若稀释继续下去,液体就不断被冷却。因而这种制冷方法称为稀释制冷。
 
当然3He-4He稀释制冷与3He的蒸腾制冷仍是有很大差异。前面现已说到,在蒸腾制冷进程中,跟着温度下降,3He蒸气压急剧下降,终究无气可抽而不得不终止制冷进程,这绑缚3He蒸腾制冷的极限温度是0.25K。稀释制冷则不同,富4He相中3He的含量不变,不论温度多低,抽气机总能够坚持恒定的3He循环量,因而能够得到比3He蒸腾制冷低得多的温度
 
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