稀釋制冷機

提出可以用超流4He稀釋3He的方法製冷的理論。 當從稀釋相中取走3He原子時,為了保持兩相的平衡,則由濃縮相中的3He通過相界面進入稀釋相以補充被移去的3He原子。 從稀釋制冷機的結構圖來看,包含相界面的室稱做混合室,3He原子從濃縮相經過相界面進入稀釋相要吸熱而製冷,使溫度降低。

稀釋制冷機(dilutionrefrigerator) 1951年H.London提出可以用超流4He稀釋3He的方法製冷的理論。到1965年P.Das等人根據這一理論製成了3He-4He稀釋制冷機,目前已達到2mK的低溫。它可以長時間地維持毫K範圍的溫度,有較大的冷卻能力,已成為獲得毫K溫度的最重要的手段和設備。
3He,4He的混合液在0.86K以上時,液3He可以以任何比例溶解在液4He中,但是當混合溶液的溫度降到0.86K以下時,混合液則分離成兩相,其中含3He多的相稱為濃縮相,而含3He少的相稱為稀釋相。在低於0.86K的任一溫度都對應於一定的3He含量的稀釋相和濃縮相,並達到相平衡。當從稀釋相中取走3He原子時,為了保持兩相的平衡,則由濃縮相中的3He通過相界面進入稀釋相以補充被移去的3He原子。可以計算得3He在稀釋相中的焓和熵比在濃縮相中要大得多。所以這種稀釋過程需要吸熱,利用這個吸熱現象製成了稀釋制冷機。
從稀釋制冷機的結構圖來看,包含相界面的室稱做混合室,3He原子從濃縮相經過相界面進入稀釋相要吸熱而製冷,使溫度降低。包含稀釋相的自由表面的室稱為蒸餾室,溫度維持在0.6~0.7K。此時3He的飽和蒸氣壓遠高於4He的飽和蒸氣壓,可以用抽氣機抽走,這時濃縮相中的3He原子就不斷地通過相界面進入稀釋相,抽走的3He經過冷凝再補充到濃縮相中形成循環,使制冷機不斷地運行。

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