4.2.1 Газообразные и механические тепловые ключи

Простейший способ связать и развязать тепловым образом разные элементы низкотемпературного прибора — использовать газ (при таком давлении, чтобы он не конденсировался при рабочих температурах) для создания теплового контакта и затем удалить его откачкой. Этот метод обычно применяют для предварительного охлаждения внутренних деталей криостата до температур жидкого азота или жидкого гелия (гл. 5). Давление газа 10–4 бар — достаточное для адекватной теплопередачи. Но затем обычно требуется многочасовая откачка, чтобы уменьшить давление газа для обеспечения тепловой изоляции.

Чтобы была возможна эффективная откачка, температура в каждом месте криостата должна быть выше температуры конденсации газа. Если обменный газ не откачать до достаточно низкого давления, то могут возникнуть зависящие от времени теплопритоки, связанные с непрерывной десорбцией и конденсацией остаточного газа на самые холодные поверхности (разд. 10.5.3).

Для 4Не вносит вклад в теплопередачу также сверхтекучая пленка. Для тепловой изоляции 4Не должен быть хорошо откачан, чтобы была уверенность, что оставшегося газа не достаточно для образования ненасыщенной сверхтекучей пленки при Т ≤ 2,2 К (разд. 2.3.5). Достоинством Н2 как обменного газа является его полная коцденсация («криооткачка»), когда в криостат заливается жидкий гелий, так что можно избежать расхода времени на откачку. Однако, нужно помнить, что оставшиеся молекулы Н2 могут испытывать ортопара конверсию, давая заметный нагрев (разд. 2.2). Таким образом, самым надежным обменным газом для теплового контакта является 3Не с его высокой упругостью пара, отсутствием экзотермической реакции и отсутствием сверхтекучести в кельвиновой области температур. Тепловой ключ, в котором используется 3Не при Т < 0,1 К и в магнитном поле до 10 Тл, был недавно описан в [4.8].

Для многих целей, например калориметрии при Т > 1 К, отвечает соответствующим требованиям механический тепловой ключ. Тепловой контакт сделан с помощью металлических контактов, спрессованных вместе механическим способом. Здесь «открытый» режим ключа реально является открытым, без остаточного теплового потока. Для закрытого состояния типичны проводимости 1 мВт/К в кельвиновой области (разд. 4.3.1). Главные недостатки такого рода ключей — большие силы (обычно 100 Н), необходимые для того, чтобы создать достаточный тепловой контакт, и выделение тепла, когда контакт прерывается (обычно 0,1÷1 мкДж/Н). Мы не будем здесь детально обсуждать эти ключи, потому что в настоящее время они используются все меньше и меньше. Читателям, интересующимся механическими тепловыми ключами, следует обратиться к литературе [4.1,9-14].

 

View one comment on “4.2.1 Газообразные и механические тепловые ключи

Comments are closed.