7.4.3 Обеспечение успешной работы рефрижераторов растворения

В настоящее время в физике конденсированного состояния рефрижераторы растворения 3Не4Не относятся к наиболее важному оборудованию, поскольку для понимания закономерностей поведения многие свойства веществ должны быть исследованы при температурах ниже 1 К. Чтобы создать такую систему, необходим значительный опыт и время; чтобы ее купить, нужны соответствующие фонды. Сейчас, вероятно, имеется несколько сот таких рефрижераторов, используемых исследовательскими институтами, и, без сомнения, их число в будущем будет расти. Термодинамические аспекты работы рефрижераторов хорошо изучены, и проблемы обычно возникают скорее из-за ошибок в конструировании, а не из-за неизвестных явлений. Описание того, как запустить рефрижератор растворения и как выявить неисправности, содержится в [7.42].

Большинство рефрижераторов растворения разработаны в соответствии с основными идеями и конструкциями, рассмотренными выше. Имеются и альтернативные конструкции, которые, в самом деле, были построены и используются. Их главное назначение — избежать дорогих газовых коммуникаций при комнатной температуре и системы откачки или уменьшить проблему теплового граничного сопротивления между гелием и твердым телом. Они еще не получили широкого распространения, и читатель может использовать соответствующую литературу [7.8, 9, 43-46]. Особый интерес представляет «Лейденский рефрижератор со сверхщелью», где циркулирует 4Не вместо 3Не [7.44] или рефрижератор, в котором циркуляция гелиевого газа достигается использованием внутренних регенерирующих насосов с древесным углем [7.45]. Они могут получить более широкое распространение в будущем. В [7.46] описан рефрижератор растворения 3Не4Не, в котором входящий 3Не предварительно охлаждается и ожижается не с помощью откачиваемой ванны 4Не, а в противоточном теплообменнике — за счет использования энтальпии газообразного 3Не, откачиваемого из камеры испарения.

Позвольте закончить эту главу пятью выводами, которые составляют основу успешной работы этого единственно известного непрерывно действующего метода охлаждения для получения температур ниже 0,3 К.

— Растворы 3Не4Не испытывают фазовое расслоение при охлаждении ниже 0,87 К, следствием чего является образование двух фаз, между которыми может происходить обмен атомами 3Не.

— Атомная теплоемкость 3Не больше в разбавленной, чем в концентрированной фазе, в результате чего происходит «выделение холода», если этот атом переходит из концентрированной в разбавленную фазу.

— Имеется конечная растворимость 3Не в 4Не даже при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, что приводит к холодопрошводительности, которая уменьшается пропорционально лишь Т 2, а не экспоненциально, как в случае процесса испарения.

— Имеется существенное различие в упругостях пара 3Не и 4Не при одной и той же температуре, что позволяет осуществить циркуляцию почти чистого 3Не.

— Если растворы изотопов гелия находятся в криогенном устройстве при разных температурах, то возникает осмотическое давление, которое перемещает 3Не из камеры растворения в камеру испарения.