7.3.2 Камера испарения

Одно из главных требований к конструкции при создании камеры испарения состоит в том, чтобы отношение 3Не к 4Не в паровой фазе было бы как можно больше. В разделе 7.2 мы показали, что разумными значениями температуры для камеры испарения являются 0,6 ÷ 0,7 К. В этой области упругость пара 3Не (около 1 мбар) все еще достаточно велика, чтобы обеспечить приемлемо большую скорость циркуляции с помощью обычного насоса, а концентрация 4Не в паровой фазе близка лишь к одному проценту.

Далее мы представим баланс энтропии для камеры испарения, куда 3Не приходит при температуре конденсации (рис. 7.9), а уходит при температуре камеры испарения. Охлаждение производится теплотой испарения 3Не при температуре камеры испарения

 for_01_07_42

Если мы снова примем скорость циркуляции равной 100 мкмоль/с, температуру конденсатора 1,2 К и температуру камеры испарения 0,7 К, то найдем, что необходимая скорость подачи тепла к камере испарения Qst составляет несколько мВт; в большинстве случаев нормой является Qst [Вт] ~ 40n3 [моль]. Это тепло будет частично выделяться обычным нагревателем. Кроме того, мы можем термически закоротить на камеру испарения радиационный экран, окружающий нижние более холодные части рефрижератора растворения, чтобы уменьшить тепловое излучение; это сделано в большинстве наиболее современных рефрижераторов растворения. Конечно, и другие элементы рефрижератора, типа электрических проводов или капилляров, также должны иметь тепловой сток на камеру испарения.

К сожалению, во многих рефрижераторах растворения циркулирующий газ содержит 10 ÷ 20 % 4Не, если не было предпринято никаких специальных предосторожностей; в этих случаях циркулирует не чистый 3Не, а смесь. В результате этого уменьшается скорость циркуляции n3 из-за нагрузки на откачную систему, которая имеет постоянную общую скорость откачки. Это также приводит к тепловой нагрузке на теплообменники, потому что теплоемкость 3Не в растворах может быть значительно выше, чем для чистого 3Не (рис. 7.5). Кроме того, расслоение раствора 3Не4Не приводит к тепловым эффектам, так что температура теплообменников будет повышаться. Увеличенная циркуляция 4Не оказывает пренебрежимо малое влияние на поведение жидкостей в камере растворения, потому что при таких низких температурах dx/dT по существу от температуры не зависит (рис. 7.1). Конечно, температура камеры растворения будет увеличиваться, а холодопроизводительность нашего рефрижератора — падать. Чтобы количество 4Не, откачиваемого из камеры испарения, было приемлемо малым, нужно подавить, в частности, течение сверхтекучей пленки 4Не (разд. 2.3.5) вверх по откачной трубке камеры испарения до места, достаточно теплого для испарения там пленки. Течение пленки может являться результатом сифонного эффекта (обычно 0,25 мкмоль /с на 1 мм внутренней окружности откачной трубки) и испарения в верхних более теплых частях трубки. Чтобы ограничить течение пленки и, следовательно, количество 4Не в циркулирующем газе, в откачную трубку вводят диафрагму с малым отверстием (≤ 1 мм в диаметре) или в более мощных рефрижераторах используют так называемый «сжигатель» пленки 4Не [7.2-10,32,34] (рис. 7.11).

 Устройство для подавления течения плёнки в камере испарения рефрижератора с 3He-4He

View one comment on “7.3.2 Камера испарения

Comments are closed.