СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков
Проведено экспериментальное исследование устойчивости и колебательных свойств сверхтекучего
 кольцевого потока, возникающего вокруг цилиндрической поверхности дискового диэлектрического
 резонатора, погруженного в жидкий гелий. Скорость сверхтекучего потока контролировалась с помощью...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117332 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности
 незатухающих сверхтекучих потоков
 / А.С. Рыбалко, С.П. Рубец, Э.Я. Рудавский, В.А. Тихий, С.И. Тарапов, Р.B. Головащенко, В.Н. Деркач // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 7. — С. 631–638. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860266514727305216 |
|---|---|
| author | Рыбалко, А.С. Рубец, С.П. Рудавский, Э.Я. Тихий, В.А. Тарапов, С.И. Головащенко, Р.B. Деркач, В.Н. |
| author_facet | Рыбалко, А.С. Рубец, С.П. Рудавский, Э.Я. Тихий, В.А. Тарапов, С.И. Головащенко, Р.B. Деркач, В.Н. |
| citation_txt | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности
 незатухающих сверхтекучих потоков
 / А.С. Рыбалко, С.П. Рубец, Э.Я. Рудавский, В.А. Тихий, С.И. Тарапов, Р.B. Головащенко, В.Н. Деркач // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 7. — С. 631–638. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Проведено экспериментальное исследование устойчивости и колебательных свойств сверхтекучего
кольцевого потока, возникающего вокруг цилиндрической поверхности дискового диэлектрического
резонатора, погруженного в жидкий гелий. Скорость сверхтекучего потока контролировалась с помощью
специальных тепловых пушек, находящихся в Не II и генерирующих противотоки нормальной и
сверхтекучей компонент, направленные по касательной к цилиндрической поверхности резонатора. В
эксперименте измерялась амплитуда СВЧ сигнала, прошедшего через резонатор, и изучалось влияние
на его амплитуду фазового и динамического состояния жидкости. Обнаружено, что в состоянии Не II
наблюдаются периодические осцилляции сигнала, причем каждый период начинается с острого всплеска
амплитуды. Предполагается, что такое поведение означает потерю устойчивости сверхтекучего кольцевого
потока, связанную с изменением числа квантов циркуляции сверхтекучей скорости за очень короткое
время. Другой эффект обусловлен появлением в системе новых периодически повторяющихся
резонансных пиков наряду с обычными модами шепчущей галереи. Эффект отсутствовал выше -точки,
и предполагается, что он вызван собственными колебательными модами незатухающего сверхтекучего
потока. Анализируются возможные причины наблюдаемых особенностей.
Проведено експериментальне дослідження стійкості та коливальних властивостей надплинного
кільцевого потоку, який виникає навколо циліндричної поверхні дискового діелектричного резонатора,
зануреного в рідкий гелій. Швидкість надплинного потоку контролювалася за допомогою спеціальних
теплових гармат, які знаходилися в Не II та генерували протитоки нормальної та надплинної компонент,
направлених по дотичній до циліндричної поверхні резонатора. В експерименті вимірювалася амплітуда
НВЧ сигналу, який проходив крізь резонатор, та вивчався вплив на його амплітуду фазового та динам
ічного стану рідини. Виявлено, що у стані Не II спостерігаються періодичні осциляції сигналу, причому
кожний період починається з гострого сплеску амплітуди. Припускається, що така поведінка
означає втрату стійкості надплинного кільцевого потоку, яка пов’язана зі зміною числа квантів циркуляц
ії надплинної швидкості за дуже малий проміжок часу. Інший ефект обумовлений появою у системі
нових резонансних піків, що періодично повторюються, поряд зі звичайними модами галереї, яка шепотить.
Ефект був відсутній вище -точки, та припускається, що він пов'язаний з власними коливальними
модами надплинного потоку, який не затухає. Аналізуються можливі причини особливостей, що
спостерігаються.
Òhe experimental study of stability and oscillating
properties of a superfluid ring flow arising
around the cylindrical surface of a disk dielectric
resonator immersed in liquid helium was carried
out. The superflow velocity was controlled with
special thermal guns located in He II and generating
the counterflows of normal and superfluid
components oriented tangentially to the resonator
surface. In the experiment, the amplitude of a microwave
signal passed through the resonator was
measured and the influence of phase and dynamic
state of the liquid on the amplitude was studied. It
is found that in He II one can observe periodic signal
oscillations with each of the periods starting
from a very sharp amplitude splash. It is suggested
that such a behavior of the signal is connected with
a loss of stability of the ring superflow due to a
change in the number of circulation quanta of the
superfluid velocity in a very short time interval.
Other effect consists in observating in the system
new recurrent resonance peaks along with the familiar
whispering gallery modes. The effect was
not observed at temperatures above the -point.
One can suggest that it is connected with hypothetic
oscillating modes of the persistent flow. Some
possible reasons for the peculiarities observed are
analyzed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:01:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7, ñ. 631–638
ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû â Íå II. Íîâûå îñîáåííîñòè
íåçàòóõàþùèõ ñâåðõòåêó÷èõ ïîòîêîâ
À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: rybalko@ilt.kharkov.ua
Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.B. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷
Èíñòèòóò ðàäèîôèçèêè è ýëåêòðîíèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, óë. Àê. Ïðîñêóðû, 12, ã. Õàðüêîâ, 61085, Óêðàèíà
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 11 ìàðòà 2008 ã.
Ïðîâåäåíî ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå óñòîé÷èâîñòè è êîëåáàòåëüíûõ ñâîéñòâ ñâåðõòåêó÷åãî
êîëüöåâîãî ïîòîêà, âîçíèêàþùåãî âîêðóã öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè äèñêîâîãî äèýëåêòðè÷åñêîãî
ðåçîíàòîðà, ïîãðóæåííîãî â æèäêèé ãåëèé. Ñêîðîñòü ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà êîíòðîëèðîâàëàñü ñ ïî-
ìîùüþ ñïåöèàëüíûõ òåïëîâûõ ïóøåê, íàõîäÿùèõñÿ â Íå II è ãåíåðèðóþùèõ ïðîòèâîòîêè íîðìàëüíîé è
ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò, íàïðàâëåííûå ïî êàñàòåëüíîé ê öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ðåçîíàòîðà. Â
ýêñïåðèìåíòå èçìåðÿëàñü àìïëèòóäà ÑÂ× ñèãíàëà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ðåçîíàòîð, è èçó÷àëîñü âëèÿíèå
íà åãî àìïëèòóäó ôàçîâîãî è äèíàìè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ æèäêîñòè. Îáíàðóæåíî, ÷òî â ñîñòîÿíèè Íå II
íàáëþäàþòñÿ ïåðèîäè÷åñêèå îñöèëëÿöèè ñèãíàëà, ïðè÷åì êàæäûé ïåðèîä íà÷èíàåòñÿ ñ îñòðîãî âñïëåñ-
êà àìïëèòóäû. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî òàêîå ïîâåäåíèå îçíà÷àåò ïîòåðþ óñòîé÷èâîñòè ñâåðõòåêó÷åãî êîëü-
öåâîãî ïîòîêà, ñâÿçàííóþ ñ èçìåíåíèåì ÷èñëà êâàíòîâ öèðêóëÿöèè ñâåðõòåêó÷åé ñêîðîñòè çà î÷åíü êî-
ðîòêîå âðåìÿ. Äðóãîé ýôôåêò îáóñëîâëåí ïîÿâëåíèåì â ñèñòåìå íîâûõ ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþùèõñÿ
ðåçîíàíñíûõ ïèêîâ íàðÿäó ñ îáû÷íûìè ìîäàìè øåï÷óùåé ãàëåðåè. Ýôôåêò îòñóòñòâîâàë âûøå �-òî÷-
êè, è ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî îí âûçâàí ñîáñòâåííûìè êîëåáàòåëüíûìè ìîäàìè íåçàòóõàþùåãî ñâåðõòåêó-
÷åãî ïîòîêà. Àíàëèçèðóþòñÿ âîçìîæíûå ïðè÷èíû íàáëþäàåìûõ îñîáåííîñòåé.
Ïðîâåäåíî åêñïåðèìåíòàëüíå äîñë³äæåííÿ ñò³éêîñò³ òà êîëèâàëüíèõ âëàñòèâîñòåé íàäïëèííîãî
ê³ëüöåâîãî ïîòîêó, ÿêèé âèíèêຠíàâêîëî öèë³íäðè÷íî¿ ïîâåðõí³ äèñêîâîãî ä³åëåêòðè÷íîãî ðåçîíàòîðà,
çàíóðåíîãî â ð³äêèé ãåë³é. Øâèäê³ñòü íàäïëèííîãî ïîòîêó êîíòðîëþâàëàñÿ çà äîïîìîãîþ ñïåö³àëüíèõ
òåïëîâèõ ãàðìàò, ÿê³ çíàõîäèëèñÿ â Íå II òà ãåíåðóâàëè ïðîòèòîêè íîðìàëüíî¿ òà íàäïëèííî¿ êîìïîíåíò,
íàïðàâëåíèõ ïî äîòè÷í³é äî öèë³íäðè÷íî¿ ïîâåðõí³ ðåçîíàòîðà.  åêñïåðèìåíò³ âèì³ðþâàëàñÿ àìïë³òó-
äà ÍÂ× ñèãíàëó, ÿêèé ïðîõîäèâ êð³çü ðåçîíàòîð, òà âèâ÷àâñÿ âïëèâ íà éîãî àìïë³òóäó ôàçîâîãî òà äè-
íàì³÷íîãî ñòàíó ð³äèíè. Âèÿâëåíî, ùî ó ñòàí³ Íå II ñïîñòåð³ãàþòüñÿ ïåð³îäè÷í³ îñöèëÿö³¿ ñèãíàëó, ïðè-
÷îìó êîæíèé ïåð³îä ïî÷èíàºòüñÿ ç ãîñòðîãî ñïëåñêó àìïë³òóäè. Ïðèïóñêàºòüñÿ, ùî òàêà ïîâåä³íêà
îçíà÷ຠâòðàòó ñò³éêîñò³ íàäïëèííîãî ê³ëüöåâîãî ïîòîêó, ÿêà ïîâ’ÿçàíà ç³ çì³íîþ ÷èñëà êâàíò³â öèðêó-
ëÿö³¿ íàäïëèííî¿ øâèäêîñò³ çà äóæå ìàëèé ïðîì³æîê ÷àñó. ²íøèé åôåêò îáóìîâëåíèé ïîÿâîþ ó ñèñòåì³
íîâèõ ðåçîíàíñíèõ ï³ê³â, ùî ïåð³îäè÷íî ïîâòîðþþòüñÿ, ïîðÿä ç³ çâè÷àéíèìè ìîäàìè ãàëåðå¿, ÿêà øå-
ïîòèòü. Åôåêò áóâ â³äñóòí³é âèùå �-òî÷êè, òà ïðèïóñêàºòüñÿ, ùî â³í ïîâ'ÿçàíèé ç âëàñíèìè êîëèâàëüíè-
ìè ìîäàìè íàäïëèííîãî ïîòîêó, ÿêèé íå çàòóõàº. Àíàë³çóþòüñÿ ìîæëèâ³ ïðè÷èíè îñîáëèâîñòåé, ùî
ñïîñòåð³ãàþòüñÿ.
PACS: 67.10.Hk Êâàíòîâûå ýôôåêòû â ñòðóêòóðå è äèíàìèêà íåâûðîæäåííûõ æèäêîñòåé;
67.30.eh Òðàíñïîðò è ãèäðîäèíàìèêà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñâåðõòåêó÷èé ãåëèé, äèýëåêòðè÷åñêèé ðåçîíàòîð, øåï÷óùàÿ ãàëåðåÿ.
© À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé, Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.B. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷, 2008
1. Ââåäåíèå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ â ýêñïåðèìåíòàõ ñî âòîðûì çâó-
êîì [1] è ñ òîðñèîííûì îñöèëëÿòîðîì â Íå II [2] áûëà
îáíàðóæåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ñâåðõòåêó÷åãî
ãåëèÿ. Ýôôåêò îêàçàëñÿ íåîæèäàííûì, ïîñêîëüêó
àòîì ãåëèÿ íå îáëàäàåò ñîáñòâåííûì äèïîëüíûì ìî-
ìåíòîì. À.Ì. Êîñåâè÷ áûë ïåðâûì òåîðåòèêîì, êòî
îòêëèêíóëñÿ íà ýòè ðåçóëüòàòû è ïðåäëîæèë ìîäåëü
[3] äëÿ îïèñàíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ýôôåêòîâ â ñâåðõòå-
êó÷åé æèäêîñòè. Îí ïðåäïîëîæèë, ÷òî ñâåðõòåêó÷åå
ñîñòîÿíèå — ýòî óïîðÿäî÷åííîå ñîñòîÿíèå èçîòðîï-
íîãî êâàäðóïîëüíîãî ìîìåíòà, êîòîðîå ïðè íàëè÷èè
íåîäíîðîäíîãî ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà ìîæåò ïðîÿâ-
ëÿòü ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà. Çàòåì ïîÿâèëèñü äðóãèå
òåîðåòè÷åñêèå ðàáîòû, â êîòîðûõ ïðåäëàãàëàñü èäåÿ
èíåðöèîííîé ïîëÿðèçàöèè àòîìîâ ãåëèÿ çà ñ÷åò óñêî-
ðåíèÿ [4], âèõðåâàÿ ìîäåëü âîçíèêíîâåíèÿ ýëåêòðè-
÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè Íå II [5,6], ïèðîýëåêòðè÷åñêàÿ
ìîäåëü [7], à òàêæå ìîäåëü, èñïîëüçóþùàÿ ïðåäñòàâ-
ëåíèå î ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíòå êàê î ñóïåðïîçèöèè
äâóõ ñèëüíîâçàèìîäåéñòâóþùèõ êîãåðåíòíûõ áîçå-
êîíäåíñàòîâ (ÿäåðíîãî è ýëåêòðîííîãî) [8].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ, õîòÿ óæå ïðåäëîæåíî íåñêîëü-
êî òåîðåòè÷åñêèõ îáúÿñíåíèé ýëåêòðè÷åñêîé àê-
òèâíîñòè ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ, âïîëíå óäîâëåòâîðè-
òåëüíîé ìîäåëè ïîêà íåò. Ïîýòîìó î÷åíü âàæíûì
ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå íîâûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
ôàêòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ðàçëè÷íûõ ìåòîäèê ýêñ-
ïåðèìåíòà. Íåäàâíî â îïûòàõ ïî ðàññåÿíèþ ýëåêòðî-
ìàãíèòíûõ âîëí ñâåðõâûñîêîé ÷àñòîòû (ÑÂ×) â ñâåðõ-
òåêó÷åì ãåëèè [9–11] áûëî îáíàðóæåíî ðåçîíàíñíîå
ïîãëîùåíèå ÑÂ× âîëíû íà ðîòîííîé ÷àñòîòå, êîòîðîå
ñìåíÿåòñÿ èíäóöèðîâàííûì èçëó÷åíèåì ÑÂ× ôîòî-
íîâ ïðè íàëè÷èè â Íå II èñêóññòâåííî ñîçäàâàåìîãî
ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà. Ïðè ýòîì ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê
îêàçûâàë íèçêî÷àñòîòíîå âîçäåéñòâèå íà ÑÂ× âîëíó,
÷òî âíåøíå ïðîÿâëÿëîñü êàê ìîäóëÿöèÿ ÑÂ× êîëå-
áàíèé.
 ýêñïåðèìåíòàõ [9–11] èçó÷àëèñü ÑÂ× ìîäû øåï-
÷óùåé ãàëåðåè äèýëåêòðè÷åñêîãî äèñêîâîãî ðåçîíàòî-
ðà, ïîãðóæåííîãî â æèäêèé ãåëèé, à ñâåðõòåêó÷èé ïî-
òîê âîêðóã öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ðåçîíàòîðà
ñîçäàâàëñÿ ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíûõ òåïëîâûõ ïóøåê.
Òàêîé ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìàê-
ðîñêîïè÷åñêîå êâàíòîâîå îáðàçîâàíèå, ãäå öèðêóëÿ-
öèÿ ñêîðîñòè ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíòû � S êâàíòóåò-
ñÿ â åäèíèöàõ �/m, ãäå m — ìàññà àòîìà ãåëèÿ. Îäíàêî
äî ñèõ ïîð îñòàâàëèñü íåèçó÷åííûìè ìíîãèå ñâîéñòâà
ñàìîãî ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà è ïðåæäå âñåãî åãî óñ-
òîé÷èâîñòü. Âûÿñíåíèå ýòèõ îñîáåííîñòåé — öåëü
äàííîé ðàáîòû.  ýòîì ñëó÷àå ÑÂ× êîëåáàíèÿ ÿâëÿþò-
ñÿ óäîáíûì çîíäîì, êîòîðûé ïîçâîëÿåò ðåãèñòðèðî-
âàòü ðàçëè÷íûå ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå â ñâåðõòåêó-
÷åì ïîòîêå.
2. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Âñå ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëèñü ñ èñïîëüçîâà-
íèåì äèñêîâîãî äèýëåêòðè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà, êîòî-
ðûé îïèñàí â ðàáîòàõ [9–11]. Ïðè ïîäà÷å ÑÂ× ñèãíàëà
â ðåçîíàòîðå ãåíåðèðîâàëèñü ìîäû øåï÷óùåé ãàëå-
ðåè, êîòîðûå â óñëîâèÿõ äàííîãî ýêñïåðèìåíòà ìîæíî
ðàññìàòðèâàòü êàê áåãóùèå ïî êðîìêå äèñêà âîëíû ñ
íàïðÿæåííîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, íàïðàâëåííîé
ïåðïåíäèêóëÿðíî åãî áîêîâîé ïîâåðõíîñòè. Êðîìå òî-
ãî, â ðåçîíàòîðå òàêæå ïðèñóòñòâîâàëà ñòîÿ÷àÿ âîëíà,
îäíàêî åå àìïëèòóäà ñîñòàâëÿëà âñåãî �1% îò àìïëè-
òóäû áåãóùåé âîëíû. Íåñêîëüêî îòëè÷àëàñü ëèøü
ýëåêòðîííàÿ áëîê-ñõåìà, êîòîðàÿ ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1.
 ýêñïåðèìåíòå èñïîëüçîâàëñÿ ìîäóëÿöèîííûé ìå-
òîä ÑÂ× èçìåðåíèé. Íåïðåðûâíûé ÑÂ× ñèãíàë, âûðà-
áàòûâàåìûé ãåíåðàòîðîì 1, ïîñòóïàë íà ìîäóëÿòîð 2,
ãäå ñ ïîìîùüþ íèçêî÷àñòîòíîãî ñèíóñîèäàëüíîãî íà-
ïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî ñ ãåíåðàòîðà 3, ïðîâîäèëàñü
ìîäóëÿöèÿ ÑÂ× ñèãíàëà ïî àìïëèòóäå. Çàòåì ìîäóëè-
ðîâàííûé ñèãíàë ÷åðåç àòòåíþàòîð 4 è âîëíîâîä 5
ïîäàâàëñÿ íà äèñêîâûé äèýëåêòðè÷åñêèé ðåçîíàòîð 6,
îòêóäà ÷åðåç ïðèåìíûé âîëíîâîä 7 ïîñòóïàë íà äå-
òåêòîð 8 è óñèëèòåëü 9.  êà÷åñòâå ïîñëåäíåãî èñ-
ïîëüçîâàëñÿ Lock-in 5204, ÷òî ïîçâîëèëî ïîâûñèòü
÷óâñòâèòåëüíîñòü èçìåðåíèé. Ïðè ýòîì àìïëèòóäà
âûäåëåííîãî íà äåòåêòîðå íèçêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà
ïðîïîðöèîíàëüíà àìïëèòóäå ÑÂ× ñèãíàëà. Òàêèì îá-
ðàçîì, â ýêñïåðèìåíòå èçìåðÿëàñü àìïëèòóäà ñèãíàëà,
ïðîøåäøåãî ÷åðåç ðåçîíàòîð, ïîãðóæåííûé â æèäêèé
ãåëèé, è èçó÷àëîñü âëèÿíèå íà ýòîò ñèãíàë ôàçîâîãî è
äèíàìè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ æèäêîñòè â îêðåñòíîñòè áî-
êîâîé ïîâåðõíîñòè äèñêà.
Êàê è â ðàáîòå [11], ðàñïðîñòðàíåíèå ýëåêòðîìàã-
íèòíûõ âîëí â Íå II èññëåäîâàëîñü â óñëîâèÿõ, êîãäà â
æèäêîñòè èñêóññòâåííî ñîçäàâàëèñü âñòðå÷íûå ïîòî-
êè íîðìàëüíîé è ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò ñ ïîìîùüþ
632 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7
À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé, Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.Â. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷
1
3
42
8
10
5
6
7
9
�S
�n
Ðèñ. 1. Áëîê-ñõåìà ÑÂ× èçìåðåíèé: 1 — ÑÂ× ãåíåðàòîð; 2 —
ìîäóëÿòîð; 3 — ãåíåðàòîð íèçêîé ÷àñòîòû; 4 — àòòåíþà-
òîð, 5 — âîçáóæäàþùèé âîëíîâîä; 6 — äèñêîâûé äèýëåê-
òðè÷åñêèé ðåçîíàòîð; 7 — ïðèåìíûé âîëíîâîä; 8 — äå-
òåêòîð; 9 — óñèëèòåëü; 10 — «òåïëîâûå ïóøêè».
òåïëîâûõ ïóøåê. Òåïëîâûå ïóøêè ïðåäñòàâëÿëè ñî-
áîé òåïëîèçîëèðîâàííûå êîëáû, ñîåäèíåííûå ñ âíåø-
íåé ãåëèåâîé âàííîé ñîïëîì è ñîäåðæàùèå âíóòðè
íàãðåâàòåëè è òåðìîìåòðû. Òåïëîâîé ïîòîê, ñîçäàâàå-
ìûé íàãðåâàòåëåì ïóøêè, ãåíåðèðîâàë ïðîòèâîòîê
íîðìàëüíîé è ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò. Ïðè ýòîì êàæ-
äîå ñîïëî îðèåíòèðîâàíî òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïîòî-
êè áûëè íàïðàâëåíû ïî êàñàòåëüíîé ê öèëèíäðè÷åñ-
êîé ïîâåðõíîñòè ðåçîíàòîðà. Ðåæèì ðàáîòû òåïëîâîé
ïóøêè îïðåäåëÿëñÿ âûáîðîì ïàðàìåòðîâ — ìîùíî-
ñòè, ïîäàâàåìîé íà íàãðåâàòåëü, è ðàçìåðà ñîïëà. Âû-
äåëÿåìàÿ ìîùíîñòü â íàãðåâàòåëå íå äîëæíà áûëà âû-
áèâàòü ðåôðèæåðàòîð èç íîðìàëüíîãî ðåæèìà ðàáîòû,
à ïëîùàäü ïëîñêîãî íàãðåâàòåëÿ âûáèðàëàñü èç ðàñ-
÷åòà 10–3 Âò/ñì2, ÷òîáû íà ïîâåðõíîñòè åãî íå îáðà-
çîâûâàëèñü ïóçûðüêè. Ïëîùàäü ñîïëà ïóøêè âû-
áèðàëàñü òàêîé, ÷òîáû òåïëîâîé ïîòîê â ñîïëå íå
ïðåâûøàë 10 Âò/ñì2, à ïîâåðõíîñòü ñîïëà áûëà ãëàä-
êîé è íå ñîäåðæàëà âûñòóïîâ, êîòîðûå ìîãóò ñòàòü
ìåñòîì âîçíèêíîâåíèÿ âèõðåé.
3. Îñöèëëÿöèè àìïëèòóäû ñèãíàëà ïðè
äëèòåëüíîì âîçäåéñòâèè òåïëîâîãî ïîòîêà
Óæå ïåðâûå ýêñïåðèìåíòû, â êîòîðûõ áûëà îáíàðó-
æåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü Íå II [1], ïîêàçàëè,
÷òî ïåðåìåííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ìîæåò âîçáóæ-
äàòü â Íå II âòîðîé çâóê, ò.å. âûçûâàòü îòíîñèòåëüíîå
äâèæåíèå íîðìàëüíîé è ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò. Ïî-
ëó÷åííûé ðåçóëüòàò ïîçâîëèë ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðè
ðàñïðîñòðàíåíèè ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â Íå II ýëåê-
òðè÷åñêàÿ êîìïîíåíòà âîëíû áóäåò òàêæå ãåíåðèðî-
âàòü ïîòîêè ñâåðõòåêó÷åé è íîðìàëüíîé êîìïîíåíò. Â
ÑÂ× ýêñïåðèìåíòàõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìîä øåï÷óùåé
ãàëåðåè íà æèäêèé ãåëèé âáëèçè áîêîâîé ïîâåðõíîñòè
ðåçîíàòîðà äåéñòâóåò ñëîæíàÿ ñèñòåìà ïîíäåðîìîòîð-
íûõ ñèë, êîòîðûå îáóñëîâëåíû ãðàäèåíòîì ýëåêòðè-
÷åñêîãî ïîëÿ. Òàêèå ñèëû «âòÿãèâàþò» äèýëåêòðè÷åñ-
êóþ æèäêîñòü â ýòó îáëàñòü è âîçáóæäàþò â íåé
êîëåáàíèÿ äàâëåíèÿ è ñêîðîñòåé. Ïðè âêëþ÷åííîé
òåïëîâîé ïóøêå ìîæíî îæèäàòü, ÷òî ñîçäàâàåìûé åþ
ïîòîê íîðìàëüíîé êîìïîíåíòû òîðìîçèòñÿ âáëèçè ïî-
âåðõíîñòè ðåçîíàòîðà, à âñòðå÷íûé ïîòîê ñâåðõòåêó-
÷åé êîìïîíåíòû òðàíñôîðìèðóåòñÿ â âèõðåâîå òå÷å-
íèå ñ êâàíòîâàííîé öèðêóëÿöèåé âîêðóã ðåçîíàòîðà,
÷òî ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíûì îñîáåííîñòÿì âçàè-
ìîäåéñòâèÿ ÑÂ× âîëíû ñ æèäêîñòüþ.
Ïðîâåäåííûå ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû [9–11] ïîäòâåð-
äèëè íàëè÷èå âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé âîë-
íû ñ Íå II è ïîçâîëèëè âûñêàçàòü ïðåäïîëîæåíèå î
âîçíèêíîâåíèè íåçàòóõàþùåãî ñâåðõòåêó÷åãî êîëüöå-
âîãî ïîòîêà. Â ïîëüçó ýòîãî ñâèäåòåëüñòâîâàëè ñëåäó-
þùèå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ôàêòû:
1) àíîìàëüíîå ïîâåäåíèå, ãèñòåðåçèñ è èçìåíåíèÿ
àìïëèòóäû ÑÂ× ñèãíàëà ïðè ïåðâîì îõëàæäåíèè æèä-
êîñòè íèæå �-òî÷êè è ïîñëåäóþùåì îòîãðåâå â îá-
ëàñòü Íå I [9];
2) âîçíèêàþùèé ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê ìîæíî óñè-
ëèòü èëè îñëàáèòü ñ ïîìîùüþ òåïëîâûõ ïóøåê
[10,11];
3) âñå íàáëþäàåìûå àíîìàëüíûå ýôôåêòû ïðîÿâëÿ-
þòñÿ òîëüêî â ñâåðõòåêó÷åé îáëàñòè (íèæå �-òî÷êè).
Ïîñêîëüêó èñïîëüçóåìûé â ýêñïåðèìåíòå äèýëåê-
òðè÷åñêèé äèñêîâûé ðåçîíàòîð ìîæåò ðåãèñòðèðîâàòü
ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â He II íà ðàññòîÿíèè îò öè-
ëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòè ðåçîíàòîðà ïîðÿäêà äëè-
íû âîëíû øåï÷óùåé ãàëåðåè (1,5–7 ìì), òî ðå÷ü èäåò
î öèðêóëèðóþùåì ñâåðõòåêó÷åì ïîòîêå â ñëîå ñîîò-
âåòñòâóþùåãî ðàçìåðà.
 äàííîé ðàáîòå èññëåäîâàíî âëèÿíèå òåïëîâûõ
ïîòîêîâ áîëüøåé ìîùíîñòè ïðè èõ áîëåå äëèòåëüíîì
âîçäåéñòâèè è â óñëîâèÿõ, êîãäà ÷àñòîòà êîëåáàíèé
áûëà äàëåêà îò ðîòîííîãî ðåçîíàíñà (ïðè íåñóùåé
÷àñòîòå 66–174 ÃÃö). Òèïè÷íûé ïðèìåð òàêîé çàâèñè-
ìîñòè ïðèâåäåí íà ðèñ. 2 äëÿ îäíîé èç ìîä øåï÷óùåé
ãàëåðåè. Íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè ñîîòâåòñòâîâàë
ñîñòîÿíèþ, êîãäà íàãðåâàòåëü òåïëîâîé ïóøêè áûë
âûêëþ÷åí, à àìïëèòóäà ìîäû â ðåçîíàíñå èìåëà íåêî-
òîðîå ñòàöèîíàðíîå çíà÷åíèå À0. Ïðè ýòîì ïðèåìíûé
óñèëèòåëü 9 (ðèñ. 1) áûë íàñòðîåí íà ÷àñòîòó ìîäóëÿ-
öèè �m = 434 Ãö.
 ìîìåíò âðåìåíè, îòìå÷åííûé íà ðèñ. 2 ñòðåëêîé
1, íà íàãðåâàòåëü òåïëîâîé ïóøêè ïîäàâàëàñü ìîù-
íîñòü �Q, êîòîðàÿ óâåëè÷èâàëàñü ëèíåéíî ñî âðåìåíåì
â òå÷åíèå 5 ìèí (ðèñ. 2,á).  òå÷åíèå ýòîãî âðåìåíè
àìïëèòóäà À(t) ÑÂ× ñèãíàëà âíà÷àëå óìåíüøàëàñü, à
çàòåì, ïðîéäÿ ÷åðåç âåñüìà îñòðûé ìèíèìóì, äîñòè-
ãàëà íîâîãî ñòàöèîíàðíîãî çíà÷åíèÿ À1, êîòîðîå áûëî
ìåíüøå À0. Êà÷åñòâåííî òàêîå ïîâåäåíèå ìîæíî îáú-
ÿñíèòü ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïîñëå âêëþ÷åíèÿ òåïëî-
ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû â Íå II. Íîâûå îñîáåííîñòè íåçàòóõàþùèõ ñâåðõòåêó÷èõ ïîòîêîâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7 633
A1
N
á
A
,
î
òí
.
åä
.
t, c
T = 1,4 K T = 1,63 K
a
1 2 3 4 5
M
A0
0 200 400 600 800 1000 1200
7 6,
4
3
1
Q
,
/c
Â
ò
ì
2
2
Ðèñ. 2. Êèíåòèêà èçìåíåíèÿ àìïëèòóäû ÑÂ× ñèãíàëà ñ íå-
ñóùåé ÷àñòîòîé 173,36 ÃÃö (à) è ïîäàâàåìîé ìîùíîñòè
ïðè äëèòåëüíîì âîçäåéñòâèè òåïëîâîãî ïîòîêà (á). Îáúÿñ-
íåíèÿ â òåêñòå.
âîé ïóøêè íåçàòóõàþùèé ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê âîêðóã
ïîâåðõíîñòè ðåçîíàòîðà îêàçûâàåò íèçêî÷àñòîòíîå
âîçäåéñòâèå íà ÑÂ× âîëíó, ïðîÿâëÿþùååñÿ êàê íèçêî-
÷àñòîòíàÿ ìîäóëÿöèÿ ÑÂ× êîëåáàíèé. Ïðè ýòîì ÷àñòî-
òà ìîäóëÿöèè �, êàê áûëî óñòàíîâëåíî ðàíåå [11], ðàñ-
òåò ñ ðîñòîì ìîùíîñòè �Q, è â òîò ìîìåíò, êîãäà
âåëè÷èíà � ñîâïàäàëà ñ ÷àñòîòîé �m, íà êîòîðóþ áûë
íàñòðîåí ïðèåìíûé óñèëèòåëü, íàáëþäàëñÿ ìèíèìóì
ñèãíàëà À(t) (ðèñ. 2,à). Îòìåòèì, ÷òî åñëè óñèëèòåëü
íàñòðîèòü íà äðóãóþ ÷àñòîòó ìîäóëÿöèè �m, òî ìàêñè-
ìóì ñèãíàëà À(t) äîñòèãàëñÿ ïðè äðóãîì çíà÷åíèè �Q.
Ýòîò ôàêò ñëóæèë äîïîëíèòåëüíûì äîêàçàòåëüñòâîì
òîãî, ÷òî âîêðóã äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà óæå ñôîðìèðî-
âàëñÿ êðóãîâîé ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê.
Ïîñëå òîãî êàê àìïëèòóäà ñèãíàëà À(t) äîñòèãàëà
íîâîãî ñòàöèîíàðíîãî çíà÷åíèÿ À1 (ýòîò ìîìåíò âðå-
ìåíè îòìå÷åí ñòðåëêîé 2, ðèñ. 2,à), ìîùíîñòü, ïî-
äàâàåìàÿ íà íàãðåâàòåëü òåïëîâîé ïóøêè, ñòàáè-
ëèçèðîâàëàñü. Ïðè ýòîì àìïëèòóäà ñèãíàëà áûëà
ïîñòîÿííîé â òå÷åíèå �10 ñ (â ìàñøòàáå ðèñ. 2 ýòîãî
íå âèäíî) âïëîòü äî ìîìåíòà âðåìåíè 3. Ïîñëå ýòîãî
íàáëþäàëîñü àíîìàëüíîå ïîâåäåíèå àìïëèòóäû ñèã-
íàëà: ñíà÷àëà îíà âîçðàñòàëà ñêà÷êîì äî çíà÷åíèÿ À0
(ó÷àñòîê ÌN), íå èçìåíÿëàñü â òå÷åíèå �20 ñ, à çàòåì
óìåíüøàëàñü, ïðîõîäÿ ÷åðåç òàêîé æå îñòðûé ìèíè-
ìóì. Ýòîò ïðîöåññ ïîâòîðÿëñÿ ñî ñòðîãîé ïåðèîäè÷-
íîñòüþ äî òåõ ïîð, ïîêà ïîääåðæèâàëàñü ñòàöèîíàð-
íîé òåìïåðàòóðà æèäêîñòè.
 ìîìåíò âðåìåíè 4 òåìïåðàòóðó Íå II ïîâûøàëè
ñêà÷êîì ñ 1,4 äî 1,63 Ê, îäíàêî îñöèëëÿöèè àìïëèòóäû
ïðîäîëæàëèñü. Îíè íîñèëè êà÷åñòâåííî òàêîé æå õà-
ðàêòåð, ëèøü íåñêîëüêî óìåíüøèëàñü àìïëèòóäà ñèã-
íàëà â ìèíèìóìå. Â ìîìåíò âðåìåíè 5 òåïëîâàÿ ïóøêà
áûëà âûêëþ÷åíà, ïîñëå ÷åãî îñöèëëÿöèè ïðåêðàòè-
ëèñü, à àìïëèòóäà ñèãíàëà çà íåñêîëüêî ìèíóò ïðàêòè-
÷åñêè âåðíóëàñü ê ñâîåìó èñõîäíîìó çíà÷åíèþ À0. Â
íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ âîçâðàò ê çíà÷åíèþ À0 ïðîèñõîäèë
òàê æå áûñòðî, êàê è íà ó÷àñòêå 2–3 (ðèñ. 2). Ïðè èçìå-
íåíèè ÷àñòîòû àìïëèòóäíîé ìîäóëÿöèè ÑÂ× ñèãíàëà
íà áîëåå âûñîêóþ ìèíèìóì ñèãíàëà íà êðèâîé ñìå-
ùàëñÿ âïðàâî. Âûøå �-òî÷êè âñå îïèñàííûå âûøå ýô-
ôåêòû îòñóòñòâîâàëè, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî
íåîáû÷íûå îñöèëëÿöèè ÑÂ× ñèãíàëà ñâÿçàíû ñ âëèÿ-
íèåì öèðêóëèðóþùåãî ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà âîêðóã
ðåçîíàòîðà.
Õàðàêòåð îïèñàííîé àíîìàëèè áûë áû íåïîëíûì
áåç ðåãèñòðàöèè áûñòðîòåêóùèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõî-
äÿùèõ â ìîìåíò âðåìåíè 2. Äëÿ ýòîé öåëè â ïðèåìíîé
÷àñòè âìåñòî óñèëèòåëÿ 9 (ðèñ. 1) áûë âêëþ÷åí áûñò-
ðîäåéñòâóþùèé çàïîìèíàþùèé îñöèëëîãðàô, âðåìÿ
ðàçâåðòêè êîòîðîãî ñîñòàâëÿëî 0–2·10–6 ñ, à òàêæå
óäàëåí âûõîäíîé ôèëüòð äåòåêòîðíîé ñåêöèè. Ýòî ïî-
çâîëèëî çàðåãèñòðèðîâàòü êèíåòèêó ïðîöåññà, ïðîèñ-
õîäÿùåãî â ìîìåíò âðåìåíè 3 (ðèñ. 3). Êàê âèäíî íà
ðèñóíêå, àìïëèòóäà À(t) ðåçêî âîçðàñòàëà (â �2 ðàçà) â
ìîìåíò 3 ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè �10–8 ñ , êîòîðàÿ îãðà-
íè÷èâàëàñü ïîñòîÿííîé âðåìåíè äåòåêòîðà 8. Ïðè
ýòîì ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå àìïëèòóäû â ìîìåíò åå
ðåçêîãî âîçðàñòàíèÿ áûëî íàìíîãî áîëüøå, ÷åì èñõîä-
íàÿ àìïëèòóäà â âàêóóìå è òåì áîëåå â æèäêîñòè. Ïî-
ñëåäóþùåå ïëàâíîå óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû ñèãíàëà
îò çíà÷åíèÿ À1 äî À0 îïðåäåëÿëîñü ïîñòîÿííîé âðåìå-
íè ðåçîíàòîðà.
Ïåðèîä ìåæäó àíîìàëèÿìè äëÿ ðåæèìà, ïðèâåäåí-
íîãî íà ðèñ. 2, ñîñòàâëÿë 125 ñ. Ïðè óìåíüøåíèè ìîù-
íîñòè, ïîäàâàåìîé íà íàãðåâàòåëü òåïëîâîé ïóøêè
îò 7 äî 6,3 Âò/ñì2 â ñîïëå, âðåìÿ ìåæäó ñêà÷êàìè
óâåëè÷èëîñü íà 14 ñ. Êèíåòèêà èçìåíåíèÿ àìïëèòóäû
ìîäóëèðîâàííîãî ÑÂ× ñèãíàëà ïðè âîçäåéñòâèè ïî-
ñòîÿííîãî ïî ìîùíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà (ðèñ. 2)
ïîêàçûâàåò, ÷òî ïîñëå òîãî, êàê öèðêóëÿöèÿ ñâåðõòå-
êó÷åãî ïîòîêà èçìåíèëàñü ñêà÷êîì, çà îïðåäåëåííûé
ïðîìåæóòîê âðåìåíè âîññòàíàâëèâàëàñü ïðåæíÿÿ öèð-
êóëÿöèÿ ïîòîêà, ïîñêîëüêó òåïëîâàÿ ïóøêà ïðîäîëæà-
ëà ðàáîòàòü. Ïîñëå ýòîãî âåñü ïðîöåññ ïîâòîðÿëñÿ ñíî-
âà, è òàê ïðîèñõîäèëî ìíîãîêðàòíî äî òåõ ïîð, ïîêà
ïîäàâàëàñü ìîùíîñòü íà íàãðåâàòåëü ïóøêè.
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàåìîãî ïîâåäåíèÿ àìïëèòó-
äû ÑÂ× ñèãíàëà ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â ìîìåíò
âðåìåíè 3 (ðèñ. 2) öèðêóëèðóþùèé ñâåðõòåêó÷èé ïî-
òîê ñòàíîâèòñÿ íåóñòîé÷èâûì, è íà ó÷àñòêå MN ïðî-
èñõîäèò ñêà÷îê öèðêóëÿöèè ñâåðõòåêó÷åé ñêîðîñòè.
Âðåìÿ, çà êîòîðîå ïðîèñõîäèë ïåðåõîä ñâåðõòåêó÷åãî
ïîòîêà â ñîñòîÿíèå ñ äðóãèì çíà÷åíèåì öèðêóëÿöèè,
ñîñòàâëÿåò �10–8 c, ÷òî íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ìåíü-
øå, ÷åì åñëè áû ïðîöåññ ïðîèñõîäèë ñî ñêîðîñòüþ
çâóêà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðîèñõîäèò
íå ðàçðóøåíèå ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà, à ëèøü èçìåíå-
634 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7
À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé, Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.Â. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷
M'
4
3
2
1
0
15105
N
M
0
A1
N
M
A
,
î
òí
.
åä
.
t, 10 c
7
Ðèñ. 3. Êèíåòèêà áûñòðîäåéñòâóþùåãî ïðîöåññà, íà÷àâ-
øåãîñÿ â ìîìåíò âðåìåíè 3. Íà âñòàâêå ïîêàçàí ñîîòâåò-
ñòâóþùèé ó÷àñòîê íà ðèñ. 2, ñíÿòûé ñ óñèëèòåëÿ íèçêîé
÷àñòîòû.
íèå êîëè÷åñòâà êâàíòîâ öèðêóëÿöèè. Ïî-âèäèìîìó,
ýòîò ïðîöåññ èìååò íå ìåõàíè÷åñêîå, à ýëåêòðîìàã-
íèòíîå ïðîèñõîæäåíèå, è, ñëåäîâàòåëüíî, ñóùåñòâóåò
ñâÿçü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ áåãóùåé âîëíû øåï÷ó-
ùåé ãàëåðåè ñ äâèæåíèåì æèäêîñòè.
Çàðåãèñòðèðîâàííûé â ðàáîòå ýôôåêò â êàêîé-òî
ìåðå àíàëîãè÷åí ÿâëåíèþ ïðîñêàëüçûâàíèÿ ôàçû
ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà, íàáëþäàâøåãîñÿ ðàíåå â ýêñïå-
ðèìåíòàõ ñ Íå II [12,13] ïðè ïðîäàâëèâàíèè æèäêîñòè
÷åðåç óçêîå îòâåðñòèå. Àâòîðû [12,13] òàêæå íàáëþäà-
ëè îñöèëëÿöèè àìïëèòóäû ñèãíàëà, èçìåðÿÿ ìåõàíè-
÷åñêèé îòêëèê ìåìáðàíû íà ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå
â Íå II, â îòëè÷èå îò íàñòîÿùåé ðàáîòû, ãäå ðåãèñò-
ðèðîâàëñÿ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèé îòêëèê. Ïðîöåññ
ïðîñêàëüçûâàíèÿ ôàçû â ýêñïåðèìåíòàõ [12,13] ïðî-
èñõîäèë áûñòðî, îäíàêî èñïîëüçóåìàÿ â ðàáîòàõ àïïà-
ðàòóðà íå ïîçâîëÿëà ñäåëàòü êîëè÷åñòâåííûå îöåíêè
âðåìåíè ïðîñêàëüçûâàíèÿ. ×òî æå êàñàåòñÿ ýëåêòðî-
äèíàìè÷åñêîãî îòêëèêà, òî, êàê ñëåäóåò èç ðèñ. 3, â
ýòîì ñëó÷àå âîçìîæíà ðåãèñòðàöèÿ áûñòðî ïðîòåêàþ-
ùèõ ïðîöåññîâ. Íàáëþäàåìàÿ çàâèñèìîñòü ïåðèîäà
îñöèëëÿöèé îò ìîùíîñòè ïîòîêà, ãåíåðèðîâàííîãî
ïóøêîé, ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â ýêñïåðèìåíòå
íàáëþäàåòñÿ áûñòðîå èçìåíåíèå êâàíòîâàííîé öèðêó-
ëÿöèè, ïîõîæåå íà ïðîñêàëüçûâàíèå ôàçû.
Ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê, âîçíèêàþùèé âîêðóã ïîâåðõ-
íîñòè ðåçîíàòîðà, î÷åíü ÷óâñòâèòåëåí ê íàëè÷èþ îò-
íîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ ðåçîíàòîðà è ïîòîêà äàæå ïðè
íåðàáîòàþùèõ ïóøêàõ. Äëÿ ïðîâåðêè ýòîãî ôàêòà
ïðîèçâîäèëñÿ ëåãêèé òîë÷îê êðèîñòàòà, ÷òî âûçûâàëî
ñîáñòâåííûå êîëåáàíèÿ êîíñîëè äëèíîé �1 ì, íà êîòî-
ðîé ïîäâåøåíà êðèîãåííàÿ ÷àñòü ðåôðèæåðàòîðà
âìåñòå ñ ðåçîíàòîðîì. Ïðè ýòîì ðåçîíàòîð ïåðåìå-
ùàëñÿ îòíîñèòåëüíî êîëüöà è, êàê âèäíî íà ðèñ. 4, ýòî
âûçûâàëî çàòóõàþùèå îñöèëëÿöèè àìïëèòóäû ÑÂ×
ñèãíàëà ñ ÷àñòîòîé 0,5 Ãö. Åñëè æå ïîäîáíóþ îïåðà-
öèþ ïðîâåñòè âûøå �-òî÷êè, òî íèêàêèõ èçìåíåíèé
àìïëèòóäû ñèãíàëà íå çàðåãèñòðèðîâàíî. Ïîëó÷åííûå
ðåçóëüòàòû òàêæå äîêàçûâàþò, ÷òî ñâåðõòåêó÷èé ïî-
òîê ÿâëÿåòñÿ íåçàâèñèìîé èíåðöèîííîé ñèñòåìîé. Òîò
ôàêò, ÷òî àìïëèòóäû ÑÂ× ñèãíàëîâ äî è ïîñëå òîë÷êà
ðàâíû ïî âåëè÷èíå, ñâèäåòåëüñòâóåò î íåðàçðóøåíèè
ìàêðîñêîïè÷åñêîãî êâàíòîâîãî ñîñòîÿíèÿ. Îòìåòèì,
÷òî íàëè÷èå îñöèëëÿöèé àìïëèòóäû ÑÂ× ñèãíàëà, âû-
çâàííûõ âèáðàöèÿìè ñèñòåìû, ìîæåò ñëóæèòü ìåòî-
äîì íåðàçðóøàþùåãî êîíòðîëÿ ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà.
Åùå îäíèì ôàêòîðîì, âëèÿþùèì íà óñòîé÷èâîñòü
ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà, ìîãóò áûòü êâàíòîâàííûå âèõ-
ðè, êîòîðûå ëåãêî ðîæäàþòñÿ â Íå II. Äëÿ ïðîâåðêè
âîçìîæíîãî âëèÿíèÿ ýòîãî ôàêòîðà áûë ïðîâåäåí ñïå-
öèàëüíûé ýêñïåðèìåíò, â êîòîðîì âèõðè â æèäêîñòè
ñîçäàâàëèñü èñêóññòâåííî ñ ïîìîùüþ êîëåáëþùåéñÿ
ïëàñòèíû ðàçìåðîì 0,5�1 ñì, ïðèêðåïëåííîé ê ÿêîðþ
ýëåêòðîìàãíèòà. Ïîñëåäíèé ðàñïîëàãàëñÿ íà ðàññòîÿ-
íèè 3 ñì îò ïîâåðõíîñòè äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà, ÷òî
èñêëþ÷àëî åãî âëèÿíèå íà äîáðîòíîñòü ðåçîíàòîðà.
Âåëè÷èíà êîëåáàíèé ïëàñòèíû ïîäáèðàëîñü â Íå I òà-
êîé, ÷òîáû ïðè ðàáîòàþùåé ïóøêå âûçûâàåìûå èìè
îñöèëëÿöèè àìïëèòóäû ñèãíàëà íå ïðåâûøàëè øóìî-
âóþ äîðîæêó áîëåå ÷åì â 2 ðàçà. Åñëè êîëüöåâîé
ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê áûë óæå ñôîðìèðîâàí è çàòåì
âêëþ÷àëñÿ ýëåêòðîìàãíèò, ãåíåðèðóþùèé âèõðè, òî
àìïëèòóäà ñèãíàëà ñîîòâåòñòâîâàëà çíà÷åíèþ â Íå I,
÷òî îçíà÷àëî ðàçðóøåíèå ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà. Òàê-
æå íå óäàâàëîñü ñîçäàòü öèðêóëèðóþùèé ñâåðõòå-
êó÷èé ïîòîê ïðè ðàáîòàþùèõ îäíîâðåìåííî ïóøêå è
êîëåáëþùåéñÿ ïëàñòèíå. Åñëè æå ñèñòåìó, íàõîäÿùó-
þñÿ â ñîñòîÿíèè Íå I, ò.å. â îòñóòñòâèå ñâåðõòåêó÷åñòè
êîëüöà, îõëàæäàòü â îáëàñòü Íå II ïðè ðàáîòàþùåì
ýëåêòðîìàãíèòå, òî àìïëèòóäà ÑÂ× ñèãíàëà íå èçìå-
íÿëàñü, ÷òî îçíà÷àëî, ÷òî ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê òàê è íå
âîçíèê. Òàêèì îáðàçîì, ïðîâåäåííûå ïðåäâàðèòåëü-
íûå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè ãåíåðàöèè âèõ-
ðåé äîñòàòî÷íîé èíòåíñèâíîñòè ñâåðõòåêó÷èé êîëü-
öåâîé ïîòîê ìîæåò áûòü ðàçðóøåí. Óêàçàííûé êðóã
âîïðîñîâ òðåáóåò áîëåå äåòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ.
4. Íàáëþäåíèå äîïîëíèòåëüíûõ ðåçîíàíñíûõ
ïèêîâ â Íå II
Ïðè èññëåäîâàíèè ñïåêòðà ìîä øåï÷óùåé ãàëåðåè
ïîñëå ïîãðóæåíèÿ ðåçîíàòîðà â Íå II áûëè îáíàðóæå-
íû äîïîëíèòåëüíûå ðåçîíàíñíûå ïèêè, êîòîðûå ïîÿâ-
ëÿëèñü ñ ïåðèîäè÷åñêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ ìåæäó
ïèêàìè, ñîîòâåòñòâóþùèìè àçèìóòàëüíûì ìîäàì
øåï÷óùåé ãàëåðåè (ðèñ. 5). Ýòè ïèêè îòñóòñòâîâàëè
ïðè èçìåðåíèÿõ â âàêóóìå, à òàêæå â ýêñïåðèìåíòàõ ñ
Íå I. Ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå äîáðîòíîñòü äîïîëíè-
òåëüíûõ ðåçîíàíñíûõ ïèêîâ äîñòèãàëà 2000, à èõ ôîð-
ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû â Íå II. Íîâûå îñîáåííîñòè íåçàòóõàþùèõ ñâåðõòåêó÷èõ ïîòîêîâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7 635
0 4 8 12 16 20 24
5
4
3
2
A
,
.
åä
.
î
òí
t, c
T = 1,6 K
1
Ðèñ. 4. Èçìåíåíèå àìïëèòóäû ÑÂ× ñèãíàëà â Íå II ïîñëå
ëåãêîãî òîë÷êà êðèîñòàòà (ñòðåëêîé îòìå÷åí ìîìåíò âíåø-
íåãî âîçäåéñòâèÿ).
ìà õîðîøî àïïðîêñèìèðîâàëàñü ëîðåíöèàíîì, ÷òî
âèäíî íà ðèñ. 5. Àìïëèòóäà ïèêîâ â ìàêñèìóìå áûëà â
100–1000 ðàç ìåíüøå, ÷åì àìïëèòóäà ñîñåäíèõ ìîä
øåï÷óùåé ãàëåðåè.
Ïðè âêëþ÷åíèè òåïëîâîé ïóøêè äîáðîòíîñòü äî-
ïîëíèòåëüíûõ ïèêîâ çàìåòíî óìåíüøàëàñü (ðèñ. 6), à
â ìîìåíò íåóñòîé÷èâîñòè êîëüöà, îïèñàííîì â ðàçä. 3,
îíè èñ÷åçàëè. Àíàëîãè÷íîå èñ÷åçíîâåíèå äîïîëíè-
òåëüíûõ ïèêîâ ìîæíî áûëî íàáëþäàòü è ïðè îäíîâðå-
ìåííîì âêëþ÷åíèè äâóõ òåïëîâûõ ïóøåê, äåéñòâóþ-
ùèõ â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ, ÷òî âûçûâàëî
ïîëíîå òîðìîæåíèå ïîòîêà. Ïîÿâëåíèå òàêèõ äîïîë-
íèòåëüíûõ ïèêîâ åñòåñòâåííî ñâÿçàòü ñ íàëè÷èåì
ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè, â ÷àñòíîñòè, ñ ñóùåñòâîâàíè-
åì ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà âîêðóã öèëèíäðè÷åñêîé ïî-
âåðõíîñòè ðåçîíàòîðà.
Ðàññòîÿíèÿ ïî ÷àñòîòå ìåæäó ñîñåäíèìè äîïîëíè-
òåëüíûìè ïèêàìè áûëè ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâûìè
è ñîñòàâëÿëè 3,76 ÃÃö, â òî âðåìÿ êàê ðàçíîñòü ÷àñòîò
ìåæäó ñìåæíûìè àçèìóòàëüíûìè ïèêàìè øåï÷óùåé
ãàëåðåè áûëà 2,30 ÃÃö. Îòìåòèì, ÷òî ïîñëå çàìåíû
êâàðöåâîãî ðåçîíàòîðà ëåéêîñàïôèðîâûì ðåçîíàòî-
ðîì äèàìåòðîì 20 ìì òàêæå íàáëþäàëèñü äîïîëíè-
òåëüíûå ïèêè, íî ðàññòîÿíèå ìåæäó ñìåæíûìè ïèêà-
ìè áûëî íåñêîëüêî á�ëüøèì.
Îäíà èç ïðè÷èí ïîÿâëåíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ðåçî-
íàíñíûõ ïèêîâ ìîæåò áûòü ñâÿçàíà ñ òåì, ÷òî ìîäû
øåï÷óùåé ãàëåðåè âîçáóæäàþòñÿ íå òîëüêî â äèýëåê-
òðè÷åñêîì äèñêîâîì ðåçîíàòîðå, íî è â ïðèëåãàþùåé
ê íåìó îáëàñòè ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ. Äðóãèìè ñëîâà-
ìè, ðå÷ü èäåò îá îáðàçîâàíèè äîïîëíèòåëüíîãî ðåçî-
íàòîðà ðàäèóñîì R ñ ìîäàìè øåï÷óùåé ãàëåðåè, ñâÿ-
çàííîãî ñî ñâåðõòåêó÷èì êîëüöåâûì ïîòîêîì.  ñâÿçè
ñ íàëè÷èåì â ýòîé îáëàñòè îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ
636 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7
À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé, Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.Â. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷
81,0 81,5 82,0 82,5 83,0 83,5
m = 35
30
20
10
a
f, ÃÃö
0
m = 34
81,0 81,5 82,0 82,5 83,0 83,5
m = 35
3
2
1
f, ÃÃö
á
0
m = 34
A
,
.
åä
.
î
òí
A
,
.
åä
.
î
òí
Ðèñ. 5. Ñîáñòâåííûå ðåçîíàíñíûå ìîäû øåï÷óùåé ãàëå-
ðåè è ñâåðõòåêó÷åãî êîëüöà ìåæäó íèìè ïðè Ò, Ê: 2,35 (à)
è 1,4 (á). Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ — àïïðîêñèìàöèÿ ðåçîíàíñíîé
êðèâîé ëîðåíöèàíîì.
81,50 81,75 82,00 82,25
3
2
1
0
a
81,50 81,75 82,00 82,25
3
2
1
0
á
81,50 81,75 82,00 82,25
3
2
1
0
â
f, ÃÃö
f, ÃÃö
f, ÃÃö
A
,
.
åä
.
î
òí
A
,
.
åä
.
î
òí
A
,
.
åä
.
î
òí
Ðèñ. 6. Âëèÿíèå ìîùíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà ïóøêè �Q íà îä-
íó èç ñîáñòâåííûõ ðåçîíàíñíûõ ìîä ñâåðõòåêó÷åãî êîëüöà
ïðè �Q, Âò/ñì
2
: 0 (a); 1(á); 8 (â). Ò = 1,4 Ê.
íîðìàëüíîé è ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò, êàê áûëî ïî-
êàçàíî â ðàáîòå [14], äîëæíà íàáëþäàòüñÿ àíèçîòðî-
ïèÿ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè. Âîçìîæíî, ðàç-
ëè÷èÿ ìåæäó äèýëåêòðè÷åñêèìè ïðîíèöàåìîñòÿìè
ãåëèÿ â êîëüöåâîì ïîòîêå è îñòàâøåéñÿ îáúåìíîé
æèäêîñòè áûëî äîñòàòî÷íî äëÿ âîçáóæäåíèÿ â ýòîì
âîëíîâîäå ñîáñòâåííûõ êîëåáàòåëüíûõ ìîä. Ýòîò âîï-
ðîñ òðåáóåò ñïåöèàëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ. Ïîêà áûëî
ïðîâåäåíî ëèøü ìîäåëèðîâàíèå ýòîé ñèòóàöèè ïóòåì
ïîìåùåíèÿ âîêðóã äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà êîëüöà èç
ôòîðîïëàñòà.  ýòîì ñëó÷àå, êàê è îæèäàëîñü, íàáëþ-
äàëèñü ñîáñòâåííûå ðåçîíàíñíûå ìîäû ýòîãî ôòîðî-
ïëàñòîâîãî êîëüöà.
5. Çàêëþ÷åíèå
Ýêñïåðèìåíòû, îïèñàííûå â äàííîé ñòàòüå, ïîêàçà-
ëè, ÷òî ÑÂ× òåõíèêà — âåñüìà ýôôåêòèâíîå ñðåäñòâî
èññëåäîâàíèÿ ñâåðõòåêó÷èõ ñèñòåì. Ðå÷ü èäåò íå òîëü-
êî î ïðÿìîì âçàèìîäåéñòâèè ÑÂ× ôîòîíîâ ñ ýëåìåí-
òàðíûìè âîçáóæäåíèÿìè Íå II [9–11], íî è îá èñïîëü-
çîâàíèè ìîä øåï÷óùåé ãàëåðåè â êà÷åñòâå çîíäà äëÿ
èçó÷åíèÿ äðóãèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â ñâåðõòå-
êó÷åì ãåëèè.
Îïèñàíèå ãèäðîäèíàìè÷åñêèõ ïîëåé âîêðóã ðåçî-
íàòîðà, âîçáóæäåííûõ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì ÑÂ× âîë-
íû, è âû÷èñëåíèå äèññèïàöèè ýíåðãèè ÑÂ× ñèãíàëà â
ãåëèè — ñëîæíûå ãèäðîäèíàìè÷åñêèå çàäà÷è, ôîðìó-
ëèðîâêà è ðåøåíèå êîòîðûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ îò-
ñóòñòâóþò. Ìîæíî âûñêàçàòü òîëüêî íåêîòîðûå êà÷åñ-
òâåííûå ñîîáðàæåíèÿ îòíîñèòåëüíî ýòèõ ïðîöåññîâ.
Åñëè æèäêèé ãåëèé íàõîäèòñÿ â íîðìàëüíîì ñîñòîÿ-
íèè (Íå I), òî äåéñòâèå ïîíäåðîìîòîðíûõ ñèë äîëæíî
ïðèâîäèòü ê èçëó÷åíèþ êðîìêîé ðåçîíàòîðà âîëí ïåð-
âîãî çâóêà è äèññèïàöèè ýíåðãèè ÑÂ× âîëíû, îáóñëîâ-
ëåííîé âÿçêîñòüþ æèäêîñòè è ïîòîêîì çâóêîâîé ýíåð-
ãèè îò ðåçîíàòîðà.  Íå II ÑÂ× âîëíà øåï÷óùåé
ãàëåðåè äîëæíà âîçáóæäàòü â îêðåñòíîñòè êðîìêè
äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà áîëåå ñëîæíûå è ðàçíîîáðàç-
íûå ãèäðîäèíàìè÷åñêèå ïðîöåññû. Êðîìå èçëó÷åíèÿ
ïåðâîãî è âòîðîãî çâóêîâ â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè,
âîçìîæíî òàêæå âîçáóæäåíèå ìèêðîñêîïè÷åñêèõ âèõ-
ðåâûõ êîëåö íà êðîìêå äèñêà è ìàêðîñêîïè÷åñêîãî
êâàíòîâàííîãî ïîòîêà ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíòû âîê-
ðóã ðåçîíàòîðà. Òàêîìó ðàçíîîáðàçèþ ãèäðîäèíàìè-
÷åñêèõ ïðîöåññîâ äîëæåí ñîîòâåòñòâîâàòü è äðóãîé
óðîâåíü äèññèïàöèè ýíåðãèè ÑÂ× ñèãíàëà â Íå II ïî
ñðàâíåíèþ ñ Íå I. Êðîìå òîãî, ñïîíòàííàÿ è èíäóêöè-
îííàÿ ïîëÿðèçàöèÿ âèõðåé è âèõðåâûõ êîëåö â Íå II,
ðàññìîòðåííàÿ â ðàáîòàõ [5,6], ìîæåò ïðèâîäèòü ê
ýôôåêòó ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ ïðè çàðîæ-
äåíèè, àííèãèëÿöèè è íåñòàöèîíàðíîãî ïåðåìåùåíèÿ
âèõðåâûõ âîçáóæäåíèé. Â îòñóòñòâèå äåòàëüíî ðàçðà-
áîòàííîé òåîðèè ïåðå÷èñëåííûõ âûøå ïðîöåññîâ ýòè
ñîîáðàæåíèÿ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê êà÷åñòâåííóþ
èíòåðïðåòàöèþ îïèñàííûõ â äàííîé ñòàòüå ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ íàáëþäåíèé.
Íåîæèäàííîé îêàçàëàñü íåóñòîé÷èâîñòü ñâåðõòå-
êó÷åãî êîëüöåâîãî ïîòîêà, êîòîðàÿ, âîçìîæíî, ñâÿçàíà
ñ èçìåíåíèåì ÷èñëà êâàíòîâ öèðêóëÿöèè èëè ñ ïðî-
ñêàëüçûâàíèåì ôàçû âîëíîâîé ôóíêöèè ñâåðõòåêó÷å-
ãî ïîòîêà. Íå èñêëþ÷åíî, ÷òî íåóñòîé÷èâîñòü èíè-
öèèðóåòñÿ çà ñ÷åò âðàùåíèÿ Çåìëè.  ýòîì ïëàíå
ïðåäïîëàãàåòñÿ ïðîâåäåíèå äîïîëíèòåëüíûõ ýêñïåðè-
ìåíòîâ äëÿ èçó÷åíèÿ âîçìîæíîãî âëèÿíèÿ âðàùåíèÿ
Çåìëè íà âðåìÿ æèçíè ñâåðõòåêó÷åãî ïîòîêà. Ðàíåå
âëèÿíèå âðàùåíèÿ Çåìëè íà ñîñòîÿíèå ñâåðõòåêó÷åãî
ïîòîêà â Íå II èññëåäîâàëîñü â ðàáîòàõ ãðóïïû Ïàê-
êàðäà [15,16]. Àâòîðàì óäàëîñü ñîçäàòü ñâåðõòåêó÷èé
ãèðîñêîï, ÿâëÿþùèéñÿ àíàëîãîì ñâåðõïðîâîäÿùåãî
ðàäèî÷àñòîòíîãî ÑÊÂÈÄà, è èñïîëüçîâàòü ýòî óñòðîé-
ñòâî äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòè âðàùåíèÿ Çåìëè. Âîç-
ìîæíî, àíàëîãè÷íîå óñòðîéñòâî ìîæåò áûòü ñîçäàíî è
íà îñíîâå ñèñòåìû, èññëåäîâàííîé â äàííîé ðàáîòå.
Íåçàòóõàþùèé ñâåðõòåêó÷èé ïîòîê ìîæíî ðàñ-
ñìàòðèâàòü êàê îïîðíóþ èíåðöèàëüíóþ ñèñòåìó îò-
ñ÷åòà, èëè êàê ãèðîñêîï, íàõîäÿùèéñÿ â âàêóóìå
[17–19]. ×òî æå êàñàåòñÿ äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà, òî åãî
ïîëîæåíèå èçìåíÿåòñÿ â ìåðó âðàùåíèÿ Çåìëè, ÷òî
ìîæåò âûçûâàòü ïðåöåññèþ, äåôîðìàöèþ è èñêàæå-
íèå ñâåðõòåêó÷åãî êîëüöåâîãî ïîòîêà [5,6]. Âîçìîæíî,
ýòîãî îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî äëÿ ðàçâèòèÿ íåóñòîé-
÷èâîñòè êîëüöà ñ äàííûì çíà÷åíèåì öèðêóëÿöèè, à íî-
âîå ñâåðõòåêó÷åå êîëüöî òåïåðü ñîçäàåòñÿ âîêðóã íî-
âîãî ïîëîæåíèÿ äèñêîâîãî ðåçîíàòîðà, ïîñêîëüêó
âìåñòå ñ ðåçîíàòîðîì ïîâîðà÷èâàåòñÿ ýëåêòðîìàãíèò-
íîå ïîëå è òåïëîâàÿ ïóøêà.
Äðóãîé íîâûé ýôôåêò, íàáëþäàåìûé â ðàáîòå, —
ýòî ïîÿâëåíèå äîïîëíèòåëüíûõ ðåçîíàíñíûõ ïèêîâ â
ñïåêòðå ìîä øåï÷óùåé ãàëåðåè ïðè ïåðåõîäå ñèñòåìû
â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå. Ýòè ïèêè íóæäàþòñÿ â
èäåíòèôèêàöèè.
Àâòîðû áëàãîäàðÿò È.Í. Àäàìåíêî, Â.Í. Ãðèãîðüå-
âà, À. Êóêëîâà, Â.À. Ìàéäàíîâà, Þ.Ï. Ìîíàðõó, Þ.Ì.
Ïîëóýêòîâà, Ñ.Ñ. Ñîêîëîâà, Å.Ñ. Ñûðêèíà, Ñ.È. Øåâ-
÷åíêî çà ïîëåçíûå äèñêóññèè. Îñîáàÿ áëàãîäàðíîñòü
Â.Ä. Íàöèêó çà êîíñòðóêòèâíûå çàìå÷àíèÿ ê òåêñòó
ñòàòüè.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå ãðàíòîâ CRDF
(ïðîåêò 2853) è ÓÍÒÖ (ïðîåêò 3718).
1. À.Ñ. Ðûáàëêî, ÔÍÒ 30, 1321 (2004).
2. À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, ÔÍÒ 31, 820 (2005).
3. À.Ì. Êîñåâè÷, ÔÍÒ 31, 50 (2005); òàì æå, 1100 (2005).
4. L.A. Melnikovsky, Cond-mat/0505102, v. 1, 2 (2005).
5. Â.Ä. Íàöèê, ÔÍÒ 33, 1319 (2007); òàì æå 34, 625
(2008).
6. Â.Ì. Ëîêòåâ, Ì.Ä. Òîì÷åíêî, ÔÍÒ 34, 7 (2008).
ÑÂ× ýêñïåðèìåíòû â Íå II. Íîâûå îñîáåííîñòè íåçàòóõàþùèõ ñâåðõòåêó÷èõ ïîòîêîâ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7 637
7. Â.Ä. Õîäóñîâ, ³ñíèê Õàðê. Óí³âåðñèòåòó, ñåð³ÿ ô³-
çè÷íà «ßäðà, ÷àñòèíè, ïîëÿ» ¹ 642, 79 (2004); òàì
æå ¹ 721, 31 (2006).
8. Ý.À. Ïàøèöêèé, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, ÔÍÒ 33, 12 (2007).
9. A. Rybalko, S. Rubets, E. Rudavskii, V. Tikhiy, V. Der-
kach, and S. Tarapov, J. Low Temp. Phys. 148, 527
(2007).
10. A. Rybalko, S. Rubets, E. Rudavskii, V. Tikhiy, S. Ta-
rapov, R. Golovashchenko, and V. Derkach, Phys. Rev.
B76, 140503 (2007).
11. À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òè-
õèé, Ð.Â. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷, Ñ.È. Òàðàïîâ,
ÔÍÒ 34, 326 (2008).
12. E. Varoquaux, J. Avenel, and M. Meisel, Can. J. Phys.
65, 1377 (1987).
13. E. Hoskinson, Y. Sato, I. Hahn, and R.E. Packard, Nature
Phys. 2, 23 (2006).
14. À.Ô. Àíäðååâ, Ïèñüìà ÆÝÒÔ 31, 191 (1980).
15. K. Schwab, B. Bruckner, and R.E. Packard, Nature 386,
585 (1997).
16. K. Schwab, B. Bruckner, and R.E. Packard, Fiz. Nizk.
Temp. 24, 143 (1998).
17. J. Anandan, Phys. Rev. Lett. 47, 463 (1981).
18. M. Cerdonio and S. Vitale, Phys. Rev. B29, 481 (1984).
19. R.E. Packard and S. Vitale, Phys. Rev. B46, 3540 (1992).
Microwave experiments in He II. New
peculiarities of persistent superflows
A.S. Rybalko, S.P. Rubets, E.Ya. Rudavskii,
V.A. Tikhiy, S.A. Tarapov,
R.V. Golovashchenko, and V.N. Derkach
Òhe experimental study of stability and oscillat-
ing properties of a superfluid ring flow arising
around the cylindrical surface of a disk dielectric
resonator immersed in liquid helium was carried
out. The superflow velocity was controlled with
special thermal guns located in He II and gene-
rating the counterflows of normal and superfluid
components oriented tangentially to the resonator
surface. In the experiment, the amplitude of a mi-
crowave signal passed through the resonator was
measured and the influence of phase and dynamic
state of the liquid on the amplitude was studied. It
is found that in He II one can observe periodic sig-
nal oscillations with each of the periods starting
from a very sharp amplitude splash. It is suggested
that such a behavior of the signal is connected with
a loss of stability of the ring superflow due to a
change in the number of circulation quanta of the
superfluid velocity in a very short time interval.
Other effect consists in observating in the system
new recurrent resonance peaks along with the fa-
miliar whispering gallery modes. The effect was
not observed at temperatures above the �-point.
One can suggest that it is connected with hypothe-
tic oscillating modes of the persistent flow. Some
possible reasons for the peculiarities observed are
analyzed.
PACS: 67.10.Hk Quantum effects on the structure
and dynamics of nondegenerate fluids;
67.30.eh Transport and hydrodynamics.
Keywords: superfluid helium, dielectric resonator,
wishpering gallery.
638 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 7
À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, Ý.ß. Ðóäàâñêèé, Â.À. Òèõèé, Ñ.È. Òàðàïîâ, Ð.B. Ãîëîâàùåíêî, Â.Í. Äåðêà÷
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117332 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:01:24Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рыбалко, А.С. Рубец, С.П. Рудавский, Э.Я. Тихий, В.А. Тарапов, С.И. Головащенко, Р.B. Деркач, В.Н. 2017-05-22T14:05:16Z 2017-05-22T14:05:16Z 2008 СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности
 незатухающих сверхтекучих потоков
 / А.С. Рыбалко, С.П. Рубец, Э.Я. Рудавский, В.А. Тихий, С.И. Тарапов, Р.B. Головащенко, В.Н. Деркач // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 7. — С. 631–638. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 67.10.Hk;67.30.eh https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117332 Проведено экспериментальное исследование устойчивости и колебательных свойств сверхтекучего
 кольцевого потока, возникающего вокруг цилиндрической поверхности дискового диэлектрического
 резонатора, погруженного в жидкий гелий. Скорость сверхтекучего потока контролировалась с помощью
 специальных тепловых пушек, находящихся в Не II и генерирующих противотоки нормальной и
 сверхтекучей компонент, направленные по касательной к цилиндрической поверхности резонатора. В
 эксперименте измерялась амплитуда СВЧ сигнала, прошедшего через резонатор, и изучалось влияние
 на его амплитуду фазового и динамического состояния жидкости. Обнаружено, что в состоянии Не II
 наблюдаются периодические осцилляции сигнала, причем каждый период начинается с острого всплеска
 амплитуды. Предполагается, что такое поведение означает потерю устойчивости сверхтекучего кольцевого
 потока, связанную с изменением числа квантов циркуляции сверхтекучей скорости за очень короткое
 время. Другой эффект обусловлен появлением в системе новых периодически повторяющихся
 резонансных пиков наряду с обычными модами шепчущей галереи. Эффект отсутствовал выше -точки,
 и предполагается, что он вызван собственными колебательными модами незатухающего сверхтекучего
 потока. Анализируются возможные причины наблюдаемых особенностей. Проведено експериментальне дослідження стійкості та коливальних властивостей надплинного
 кільцевого потоку, який виникає навколо циліндричної поверхні дискового діелектричного резонатора,
 зануреного в рідкий гелій. Швидкість надплинного потоку контролювалася за допомогою спеціальних
 теплових гармат, які знаходилися в Не II та генерували протитоки нормальної та надплинної компонент,
 направлених по дотичній до циліндричної поверхні резонатора. В експерименті вимірювалася амплітуда
 НВЧ сигналу, який проходив крізь резонатор, та вивчався вплив на його амплітуду фазового та динам
 ічного стану рідини. Виявлено, що у стані Не II спостерігаються періодичні осциляції сигналу, причому
 кожний період починається з гострого сплеску амплітуди. Припускається, що така поведінка
 означає втрату стійкості надплинного кільцевого потоку, яка пов’язана зі зміною числа квантів циркуляц
 ії надплинної швидкості за дуже малий проміжок часу. Інший ефект обумовлений появою у системі
 нових резонансних піків, що періодично повторюються, поряд зі звичайними модами галереї, яка шепотить.
 Ефект був відсутній вище -точки, та припускається, що він пов'язаний з власними коливальними
 модами надплинного потоку, який не затухає. Аналізуються можливі причини особливостей, що
 спостерігаються. Òhe experimental study of stability and oscillating
 properties of a superfluid ring flow arising
 around the cylindrical surface of a disk dielectric
 resonator immersed in liquid helium was carried
 out. The superflow velocity was controlled with
 special thermal guns located in He II and generating
 the counterflows of normal and superfluid
 components oriented tangentially to the resonator
 surface. In the experiment, the amplitude of a microwave
 signal passed through the resonator was
 measured and the influence of phase and dynamic
 state of the liquid on the amplitude was studied. It
 is found that in He II one can observe periodic signal
 oscillations with each of the periods starting
 from a very sharp amplitude splash. It is suggested
 that such a behavior of the signal is connected with
 a loss of stability of the ring superflow due to a
 change in the number of circulation quanta of the
 superfluid velocity in a very short time interval.
 Other effect consists in observating in the system
 new recurrent resonance peaks along with the familiar
 whispering gallery modes. The effect was
 not observed at temperatures above the -point.
 One can suggest that it is connected with hypothetic
 oscillating modes of the persistent flow. Some
 possible reasons for the peculiarities observed are
 analyzed. Авторы благодарят И.Н. Адаменко, В.Н. Григорьева,
 А. Куклова, В.А. Майданова, Ю.П. Монарху, Ю.М.
 Полуэктова, С.С. Соколова, Е.С. Сыркина, С.И. Шевченко
 за полезные дискуссии. Особая благодарность
 В.Д. Нацику за конструктивные замечания к тексту
 статьи.
 Работа выполнена при поддержке грантов CRDF
 (проект 2853) и УНТЦ (проект 3718). ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков Microwave experiments in He II. New peculiarities of persistent superflows Article published earlier |
| spellingShingle | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков Рыбалко, А.С. Рубец, С.П. Рудавский, Э.Я. Тихий, В.А. Тарапов, С.И. Головащенко, Р.B. Деркач, В.Н. Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| title | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| title_alt | Microwave experiments in He II. New peculiarities of persistent superflows |
| title_full | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| title_fullStr | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| title_full_unstemmed | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| title_short | СВЧ эксперименты в Не II. Новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| title_sort | свч эксперименты в не ii. новые особенности незатухающих сверхтекучих потоков |
| topic | Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| topic_facet | Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117332 |
| work_keys_str_mv | AT rybalkoas svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT rubecsp svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT rudavskiiéâ svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT tihiiva svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT tarapovsi svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT golovaŝenkorb svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT derkačvn svčéksperimentyvneiinovyeosobennostinezatuhaûŝihsverhtekučihpotokov AT rybalkoas microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT rubecsp microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT rudavskiiéâ microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT tihiiva microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT tarapovsi microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT golovaŝenkorb microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows AT derkačvn microwaveexperimentsinheiinewpeculiaritiesofpersistentsuperflows |