8.4 Экспериментальные достижения в охлаждении по Померанчуку

Начальные температуры были соответственно 24 и 50 мК. Конечные температуры - соответственно между 2 мК и 3 мК.

Камера растворения, Be-Cu сильфоны, платиновый ЯМР термометр, Be-Cu ёмкостной тензодатчик, 4He

Экспериментальные достижения в охлаждении по Померанчуку были получены в три этапа. Как упоминалось в начале этой главы, в 1965 г. Ю. Ануфриев в своем первоначальном эксперименте [8.1] достиг температуры 18 мК (или ниже), стартуя от 50 мК. Четыре года спустя Уитли, Джонсон и сотр. [8.2,3], используя более тщательно разработанное устройство, полностью продемонстрировали возможности охлаждения по Померанчуку, получив минимальную температуру около 2 мК (рис. 8.5). Очень удачные ячейки Померанчука были созданы в Корнеллском университете [8.4-6,14,15], выполненные из мягких сильфонов из Be Cu, как показано на рис. 8.6. В такой конструкции можно сочетать сильфоны разных диаметров так, чтобы они работали как усилитель гидравлического давления; это возможно, поскольку 4Не имеет меньшее давление затвердевания, чем 3Не (рис. 2.3). Корнеллское устройство позволило ученым обнаружить сверхтекучие переходы в жидком 3Не [8.4,5] и ядерный антиферро-магнитный переход в твердом 3Не [8.6] (рис. 2.3). Недавние применения охлаждения по Померанчуку — исследования влияния ядерной поляризации на свойства жидкого 3Не [8.16-18]. Достоинством работы является то, что умеренные магнитные поля исключительно слабо влияют на этот метод охлаждения. Ячейки, используемые в изменяющихся высоких магнитных полях, были сделаны практически полностью из пластика с натянутой каптоновой мембраной в качестве датчика давления (рис. 8.7).

Пластиковая ячейка для охлаждения по методу Померанчука, предложенная Вермейленом и Фросатти в Лейденском университете, 1989 г., с каптоновой трубкой, разделяющей объёмы с 3He и 4He

Во всех последних применениях охлаждения по Померанчуку ячейку предварительно охлаждали рефрижератором растворения 3Не4Не до ~ 25 мК, а давления и объемы в ячейках с 3Не и 4Не контролировали с помощью низкотемпературных емкостных манометров (разд. 13.1). Эксперименты ясно показали, что охлаждение по Померанчуку весьма мощное, если 3Не на кривой плавления сам по себе является предметом исследования. Если мы хотим использовать охлаждение по Померанчуку для охлаждения других материалов, то возникает проблема теплового граничного сопротивления Капицы между 3Не внутри ячейки Померанчукаи образцом, который связан с наружной стороной ячейки или погружен в 3Не. Проблемы тепловых контактов являются даже более серьезными, потому что из-за наклона кривой плавления твердый 3Не с его низкой теплопроводностью образуется в самых теплых местах устройства, т.е. в местах, где тепло должно поглощаться [8.19]. В принципе, охлаждение по Померанчуку является более мощным, чем охлаждение растворением ниже ~ 50 мК, где оно имеет большую холодопроизводительность при том же п, но недостатком метода по сравнению с методом растворения — в дополнение к уже упомянутым экспериментальным проблемам — является его дискретный характер. Охлаждение по Померанчуку основано на «одноразовом» методе. Оно может быть проведено в полунепрерывном режиме путем непрерывного сжатия с контролируемой скоростью, чтобы поддерживать постоянной температуру [8.20]. Однако, Кажется, легче реализовать непрерывную циркуляцию 3Не в рефрижераторе растворения. Кроме того, охлаждение по Померанчуку ограничивается температурами Т > 2 мК. По первой из указанных причин непрерывный рефрижератор растворения используется более широко при Т > 5 мК, а по последней причине для более низких температур предпочтительнее ядерное охлаждение.