7.0 История появления рефрижератора растворения 3He-4He

До 1950-х годов единственным методом получения температур ниже 1 К было магнитное охлаждение, при котором использовалось размагничивание парамагнитной соли (гл. 9). Затем вместо этого метода для области температур до 0,3 К применяли рефрижератор с 3Не, как уже отмечалось в предыдущей главе. Но в 1962 г. Г. Лондоном, Д. Кларком и Е. Мендозой на основе идеи, предложенной Г. Лондоном за десять лет до этого [7.1], было опубликовано новое предложение для непрерывного охлаждения с помощью жидкого гелия даже до более низких температур.

В отличие от гелиевых рефрижераторов, рассмотренных выше, где для охлаждения применяется скрытая теплота испарения, было предложено для получения низких температур использовать теплоту смешения двух изотопов гелия. Группа ученых в Лейденском университете в 1965 г. построила первый рефрижератор, основанный на указанном принципе, и получила температуру 0,22 К [7.1], наинизшую температуру, полученную до этого времени с помощью жидкого гелия. Только год спустя Б.С. Неганов и др. в Дубне и Г.Е. Холл в Манчестере опубликовали свои результаты с улучшенной конструкцией «3Не4Не рефрижератора» , где они смогли понизить минимальную температуру примерно в 3 раза; с помощью последнего варианта рефрижератора в Дубне вскоре была достигнута температура 25 мК [7.1]. Метод охлаждения за счет растворения 3Не4Не будет детально рассмотрен в данной главе только для непрерывного охлаждения до температур ниже 0,3 К. Кроме того, важно заметить, что магнитные поля, часто необходимые в низкотемпературных экспериментах, оказывают пренебрежимо малое влияние на рабочие характеристики этого метода. В настоящее время это наиболее важный метод охлаждения для области температур от ~ 5 мК до 1 К, и он является основой для достижения более низких температур.

Сложность рефрижератора с 3Не4Не для области температур выше 30 мК сравнима со сложностью криостата с 3Не. Действительно, существующие 3Не криостаты можно легко модифицировать в рефрижераторы с 3Не4Не. Если нужно расширить область температур до ~ 15 мК, то система, конечно, становится более сложной, но она все еше может быть изготовлена в лабораторной мастерской. Если требуется понизить температуру даже ниже 10 мК, то для достижения этого требуется значительный опыт, время и людские ресурсы, если вы хотите изготовить рефрижератор сами. К счастью, сейчас имеются уже промышленные рефрижераторы растворения для области температур до 4 мК, но они очень дороги. Мнннмальная температура, полученная этим методом, составляет около 2 мК, она была достигнута Фроссати с сотрудниками вначале в Гренобле, а в последующем в Лейденском университете [7.2,3].

Рефрижераторы растворения с 3Не4Не составляют, фактически, часть любой, разработанной к настоящему времени, аппаратуры для получения Т < 0,3 К. Детальное обсуждение принципа и методов охлаждения растворением было опубликовано Уитли и др. [7.4-6], Рейдбо и Сигвартом [7.7], а позднее Фроссати [7.2,3]; обзор по данной проблеме приведен в [7.8-10]. Начнём с обсуждения некоторых относящихся к данной проблеме свойств растворов.