5.1.1 Стадия охлаждения

Теплота испарения гелия, переходящего из жидкой в газообраз­ную фазу, составляет около 2,6 кДж/л при нормальной температуре кипения 4,2 К (рис. 2.5). Это довольно малая величина по сравнению с энтальпией газообразного гелия между 4,2 и 300 (77) К, составляющей ~ 200 (64) кДж/л. При приложении мощности в 1 Вт будет испаряться 1,4 л гелия в час за счет теплоты испарения и только 0,017 л гелия в час, если надлежащим образом использовать энтальпию холодного газа между 4,2 К и 300 К. В результате становится очень важным использование энтальпии холодного гелиевого газа после того, как жидкость, охладив оборудование, превратилась в газ, который должен выходить из криостата при температуре, как можно более близкой к комнатной. Кроме того, большое количество жидкого гелия следует экономить за счет предварительного охлаждения жидким азотом от 300 до 77 К. Жидкий азот имеет теплоту испарения, почти в 60 раз большую, чем жидкий гелий, он почти на порядок дешевле, и наибольшая часть теплосодержания охлаждаемых материалов забирается уже при 77 К.

Если используется только скрытая теплота (скрытая теплота плюс изменение энтальпии газа между точкой кипения и комнатной температурой)

Из табл. 5.1 видно, сколько литров криогенной жидкости нам нужно, чтобы охладить 1 кг алюминия, нержавеющей стали и меди или с помощью жидкого азота от комнатной температуры до 77 К, или с помощью жидкого гелия от комнатной температуры до 4,2 К, или только от 77 до 4,2 К. В таблице я различаю две ситуации, при которой: а) используется только теплота испарения, и б) дополнительно используются много большие энтальпии холодных газов. Таблица показывает, что необходимо

  • использовать жидкий азот для первого предварительного охлажде­ния оборудования от комнатной температуры до 77 К и только затем использовать жидкий гелий для более низких температур, и/или
  • использовать энтальпию холодного гелиевого газа как можно пол­нее, чтобы охладить оборудование.

В противном случае экспериментатор может потерять более чем на два порядка больше дорогостоящего жидкого гелия [5.2].

 

View one comment on “5.1.1 Стадия охлаждения

Comments are closed.