2.3. Жидкий гелий

В 1868 г. два ученых Дж. Жансен и Н. Локьер обнаружили в оптическом спектре солнечных протуберанцев новые спектральные линии. Вначале было высказано предположение, что эти линии могут принадлежать неизвестному изотопу водорода, но очень скоро стало ясно, что спектральные линии принадлежали новому элементу, позже названному гелием. В 1895 г. английский ученый У. Рамзай обнаружил эти линии на земле, в газе, содержащемся в минерале клевите. Два наиболее знаменитых физика того времени Дж. Дьюар в Лондоне и Г. Камерлинг-Оннес в Лейдене начали состязание в ожижении этого вновь открытого элемента периодической системы. Камерлинг-Оннес победил в этом соревновании, ожижив гелий при температуре 4,2 К в 1908 г. Первый коммерческий гелиевый ожижитель, построенный С.К. Коллинзом в 1947 г., оказал глубокое воздействие на распространение низкотемпературных экспериментов, поскольку жидкий гелий является наиболее важным веществом для низкотемпературной физики. Во всех методах охлаждения до температур ниже примерно 10 К либо используется только гелий непосредственно, либо, при получении очень низких температур, гелий применяется в качестве предварительных ступеней. Вначале жидкий гелий употребляли исключительно как средство для продвижения в низкотемпературную область, однако исследования, проведенные в последующие десятилетия, совершенно очевидно показали, что жидкий гелий является наиболее экзотической и интересной жидкостью, проявляющей много уникальных свойств.

2.3.1 Некоторые свойства изотопов гелия

2.3.2. Скрытая теплота испарения и упругость пара

2.3.3. Теплоемкость

2.3.4. Транспортные свойства жидкого 4Не: теплопроводность и вязкость

2.3.5. Течение сверхтекучей пленки

2.3.6. Жидкий 3Не при милликельвиновых температурах

Это короткое обсуждение свойств жидкого гелия, связанных с его применением в низкотемпературных экспериментах, в частности как хладагента, достаточно для нашей цели. Для общего рассмотрения свойств жидкости, в частности сверхтекучего гелия, свойства которого могут быть феноменологически поняты в рамках «двухжидкостной модели», читатель может воспользоваться специальной литературой по этому вопросу, указанной в списке ссылок к данной главе. Некоторые свойства жидкого 3Нe будут повторно обсуждаться в связи с охлаждением по методу Померанчука в гл. 8, а жидкие растворы двух изотопов гелия будут рассмотрены в гл. 7 при обсуждении рефрижератора растворения.