Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К
Для исследования теплоемкости различных образцов при температурах ниже 1 К сконструирован компактный рефрижератор испарения ³Не погружного типа с адсорбционной откачкой, использующий в качестве криостата транспортный геливый дьюар типа СТГ-40. Создана калориметрическая ячейка, позволяющая исследоват...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2003 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2003
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130055 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К / В.Н. Еропкин, Т.В. Чаговец // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 11. — С. 1260-1266. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130055 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Еропкин, В.Н. Чаговец, Т.В. 2018-02-05T12:03:17Z 2018-02-05T12:03:17Z 2003 Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К / В.Н. Еропкин, Т.В. Чаговец // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 11. — С. 1260-1266. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 07.20.Mc, 65.40.+g https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130055 Для исследования теплоемкости различных образцов при температурах ниже 1 К сконструирован компактный рефрижератор испарения ³Не погружного типа с адсорбционной откачкой, использующий в качестве криостата транспортный геливый дьюар типа СТГ-40. Создана калориметрическая ячейка, позволяющая исследовать теплоемкость образцов массой меньше грамма. Минимальная температура измерений составляет 0,32 К. Установлена зависимость температуры камеры испарения ³Не от подводимой к ней мощности. Время непрерывной работы рефрижератора при тепловой нагрузке 50 мкВт составляет два часа. A compact, top-loading ³He evaporation refrigerator is built for doing heat-capacity studies on various samples at temperatures below 1 K. It uses adsorption pumping and utilizes a portable helium Dewar of the STG-40 type as the cryostat. A calorimetric cell is built which permits investigation of the heat capacity of samples with masses of less than one gram. The lowest measurement temperature is 0.32 K. The dependence of the temperature of the ³He evaporation chamber on the power delivered to it is established. The refrigerator can operate continuously for two hours at a heat load of 50 μW. Авторы выражают благодарность профессору В.М. Дмитриеву и А.М. Гуревич за поддержку и интерес к теме, а также В.А. Майданову за консультации и плодотворные дискуссии. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Техника свеpхнизких темпеpатуp Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К Setup for calorimetric measurements at temperatures below 1 K Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К |
| spellingShingle |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К Еропкин, В.Н. Чаговец, Т.В. Техника свеpхнизких темпеpатуp |
| title_short |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К |
| title_full |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К |
| title_fullStr |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К |
| title_full_unstemmed |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К |
| title_sort |
установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 к |
| author |
Еропкин, В.Н. Чаговец, Т.В. |
| author_facet |
Еропкин, В.Н. Чаговец, Т.В. |
| topic |
Техника свеpхнизких темпеpатуp |
| topic_facet |
Техника свеpхнизких темпеpатуp |
| publishDate |
2003 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Setup for calorimetric measurements at temperatures below 1 K |
| description |
Для исследования теплоемкости различных образцов при температурах ниже 1 К сконструирован компактный рефрижератор испарения ³Не погружного типа с адсорбционной откачкой, использующий в качестве криостата транспортный геливый дьюар типа СТГ-40. Создана калориметрическая ячейка, позволяющая исследовать теплоемкость образцов массой меньше грамма. Минимальная температура измерений составляет 0,32 К. Установлена зависимость температуры камеры испарения ³Не от подводимой к ней мощности. Время непрерывной работы рефрижератора при тепловой нагрузке 50 мкВт составляет два часа.
A compact, top-loading ³He evaporation refrigerator is built for doing heat-capacity studies on various samples at temperatures below 1 K. It uses adsorption pumping and utilizes a portable helium Dewar of the STG-40 type as the cryostat. A calorimetric cell is built which permits investigation of the heat capacity of samples with masses of less than one gram. The lowest measurement temperature is 0.32 K. The dependence of the temperature of the ³He evaporation chamber on the power delivered to it is established. The refrigerator can operate continuously for two hours at a heat load of 50 μW.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130055 |
| citation_txt |
Установка для калориметрических измерений при температурах ниже 1 К / В.Н. Еропкин, Т.В. Чаговец // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 11. — С. 1260-1266. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT eropkinvn ustanovkadlâkalorimetričeskihizmereniipritemperaturahniže1k AT čagovectv ustanovkadlâkalorimetričeskihizmereniipritemperaturahniže1k AT eropkinvn setupforcalorimetricmeasurementsattemperaturesbelow1k AT čagovectv setupforcalorimetricmeasurementsattemperaturesbelow1k |
| first_indexed |
2025-11-25T12:32:20Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:32:20Z |
| _version_ |
1850512322439675904 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 11, ñ. 1260–1264
Óñòàíîâêà äëÿ êàëîðèìåòðè÷åñêèõ èçìåðåíèé
ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1 Ê
Â.Í. Åðîïêèí , Ò.Â. ×àãîâåö
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: tchagovets@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16 àïðåëÿ 2003 ã.
Äëÿ èññëåäîâàíèÿ òåïëîåìêîñòè ðàçëè÷íûõ îáðàçöîâ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1 Ê ñêîíñò-
ðóèðîâàí êîìïàêòíûé ðåôðèæåðàòîð èñïàðåíèÿ 3Íå ïîãðóæíîãî òèïà ñ àäñîðáöèîííîé îòêà÷-
êîé, èñïîëüçóþùèé â êà÷åñòâå êðèîñòàòà òðàíñïîðòíûé ãåëèâûé äüþàð òèïà ÑÒÃ-40. Ñîçäàíà
êàëîðèìåòðè÷åñêàÿ ÿ÷åéêà, ïîçâîëÿþùàÿ èññëåäîâàòü òåïëîåìêîñòü îáðàçöîâ ìàññîé ìåíüøå
ãðàììà. Ìèíèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà èçìåðåíèé ñîñòàâëÿåò 0,32 Ê. Óñòàíîâëåíà çàâèñèìîñòü
òåìïåðàòóðû êàìåðû èñïàðåíèÿ 3Íå îò ïîäâîäèìîé ê íåé ìîùíîñòè. Âðåìÿ íåïðåðûâíîé ðàáî-
òû ðåôðèæåðàòîðà ïðè òåïëîâîé íàãðóçêå 50 ìêÂò ñîñòàâëÿåò äâà ÷àñà.
Äëÿ äîñë³äæåííÿ òåïëîºìíîñò³ ð³çíèõ çðàçê³â ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæ÷å 1 Ê çêîíñòðóéîâàíî
êîìïàêòíèé ðåôðèæåðàòîð âèïàðîâóâàííÿ 3Íå çàãëèáíîãî òèïó ç àäñîðáö³éíèì â³äêà÷óâàííÿì,
ÿêèé âèêîðèñòîâóº â ÿêîñò³ êð³îñòàòà òðàíñïîðòíèé ãå볺âèé äüþàð òèïó ÑÒÃ-40. Ïîáóäîâàíî
êàëîð³ìåòðè÷íó ÿ÷åéêó, ÿêà äîçâîëÿº äîñë³äæóâàòè òåïëîºìí³ñòü çðàçê³â ìàñîþ ìåíø ãðàìà.
̳í³ìàëüíà òåìïåðàòóðà âèì³ð³â ñêëàäຠ0,32 Ê. Âñòàíîâëåíî çàëåæí³ñòü òåìïåðàòóðè êàìåðè
âèïàðîâóâàííÿ 3Íå â³ä ïîòóæíîñò³, ùî äî íå¿ ï³äâîäèòüñÿ. ×àñ íåïåðåðâíî¿ ðîáîòè ðåôðèæåðà-
òîðà ïðè òåïëîâîìó íàâàíòàæåíí³ 50 ìêÂò ñêëàäຠäâ³ ãîäèíè.
PACS: 07.20.Mc, 65.40.+g
Ââåäåíèå
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ñóùåñòâóåò çíà÷èòåëüíîå êî-
ëè÷åñòâî ôèçè÷åñêèõ çàäà÷, äëÿ ðåøåíèÿ êîòîðûõ
íåîáõîäèìû êàëîðèìåòðè÷åñêèå èçìåðåíèÿ ïðè òåì-
ïåðàòóðàõ íèæå 1 Ê â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ âûøå 1 Òë.
Ê òàêèì çàäà÷àì, â ÷àñòíîñòè, îòíîñÿòñÿ èññëåäîâà-
íèÿ òðîéíûõ èíòåðìåòàëëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, êî-
òîðûå õàðàêòåðèçóþòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî øèðîêèì
ñïåêòðîì ïðåâðàùåíèé âî âñåõ ïîäñèñòåìàõ ýëåìåí-
òàðíûõ âîçáóæäåíèé. Ñðåäè ýòèõ ñîåäèíåíèé åñòü
òàêèå, ó êîòîðûõ ñèëüíàÿ êîððåëÿöèÿ ýëåêòðîíîâ
ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ òÿæåëûõ ôåðìèîíîâ, ÷òî
ïðîÿâëÿåòñÿ êàê ðîñò ýëåêòðîííîé ñîñòàâëÿþùåé
òåïëîåìêîñòè ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íèæå 4
Ê. Äðóãèå ñîåäèíåíèÿ èç ýòîãî êëàññà ïðîÿâëÿþò
íåôåðìèæèäêîñòíîå ïîâåäåíèå ýëåêòðîííîé ïîäñèñ-
òåìû, ÷òî òàêæå ñîïðîâîæäàåòñÿ íåîáû÷íûì ïîâå-
äåíèåì íèçêîòåìïåðàòóðíîé òåïëîåìêîñòè.
 ýòèõ ñîåäèíåíèÿõ â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðà-
òóð ìîãóò ïðîõîäèòü ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ â
ìàãíèòíîé ïîäñèñòåìå, ÷òî òðåáóåò ïðîâåäåíèÿ èñ-
ñëåäîâàíèé òåïëîåìêîñòè â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ.
 ðÿäå ñîåäèíåíèé íàìè ðàíåå áûë îáíàðóæåí
ñâåðõïðîâîäÿùèé ïåðåõîä, òåìïåðàòóðà êîòîðîãî
èçìåíÿëàñü îò 5 äî 25 Ê â çàâèñèìîñòè îò ñîñòàâà
[1]. Íå èñêëþ÷åíà âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ
ñâåðõïðîâîäèìîñòè â äðóãèõ ñîåäèíåíèÿõ ïðè áî-
ëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.
Íàèáîëüøóþ èíôîðìàöèþ ìîæíî èçâëå÷ü ïðè
èññëåäîâàíèè ìîíîêðèñòàëëè÷åñêèõ îáðàçöîâ, îä-
íàêî èõ ìàññû, êàê ïðàâèëî, íåâåëèêè, ìåíüøå
ãðàììà, ïîýòîìó ñàìà èçìåðèòåëüíàÿ ÿ÷åéêà äîëæ-
íà èìåòü íåáîëüøèå ðàçìåðû è ìàëóþ ñîáñòâåííóþ
òåïëîåìêîñòü.
Äëÿ ðåøåíèÿ ïîäîáíûõ çàäà÷ íàìè ñïðîåêòèðî-
âàíà è èçãîòîâëåíà óñòàíîâêà äëÿ êàëîðèìåòðè÷å-
ñêèõ èçìåðåíèé íà îñíîâå ðåôðèæåðàòîðà èñïàðå-
íèÿ 3Íå ñ ïîãðóæíûì øëþçîì è àäñîðáöèîííîé
îòêà÷êîé, èìåþùàÿ ìàëîå âðåìÿ îõëàæäåíèÿ äî áà-
çîâîé òåìïåðàòóðû. Íåáîëüøàÿ ìàññà è ðàçáîðíàÿ
êîíñòðóêöèÿ ðåôðèæåðàòîðà äåëàþò åãî ïåðåíîñ-
© Â.Í. Åðîïêèí, Ò.Â. ×àãîâåö, 2003
íûì; â êà÷åñòâå êðèîñòàòà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí
ñòàíäàðòíûé òðàíñïîðòíûé äüþàð òèïà ÑÒÃ-40,
÷òî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü ðåôðèæåðàòîð â ëþáîé
ëàáîðàòîðèè, îáîðóäîâàííîé ãåëèåâîé ñèñòåìîé.
Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå êîíñòðóêöèè ðåôðèæåðà-
òîðîâ èñïàðåíèÿ 3Íå [2]. Ìû ïîñòàðàëèñü âûáðàòü
òàêîé âàðèàíò, êîòîðûé áû íàèëó÷øèì îáðàçîì ñîîò-
âåòñòâîâàë íàøèì çàäà÷àì. Ïðè ñîçäàíèè ðåôðèæå-
ðàòîðà ìû ðóêîâîäñòâîâàëèñü ñëåäóþùèìè òðåáîâà-
íèÿìè: ðàáî÷èé èíòåðâàë òåìïåðàòóð � 0,3–3 Ê,
êîìïàêòíîñòü, êîðîòêîå âðåìÿ çàõîëàæèâàíèÿ è
îòîãðåâà, íåáîëüøîå ïîòðåáëåíèå æèäêîãî ãåëèÿ è
ýëåêòðîýíåðãèè.
Îáû÷íî äëÿ èçìåðåíèÿ òåïëîåìêîñòè èñïîëüçó-
þò àäèàáàòè÷åñêèå ìåòîäû êàëîðèìåòðèè ñ èì-
ïóëüñíûì èëè íåïðåðûâíûì íàãðåâîì. Îäíàêî
äëÿ èññëåäîâàíèé ýòèìè ìåòîäàìè ïðè òåìïåðàòó-
ðàõ íèæå 1 Ê òðåáóþòñÿ áîëüøèå îáðàçöû è õîðî-
øàÿ òåïëîâàÿ èçîëÿöèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè-
÷åíèþ âðåìåíè îõëàæäåíèÿ îáðàçöà äî ñàìîé
íèçêîé òåìïåðàòóðû. Äëÿ óìåíüøåíèÿ ýòîãî âðå-
ìåíè îáû÷íî èñïîëüçóþò òåïëîâûå êëþ÷è, îäíàêî
èõ ïðèìåíåíèå âñåãäà ñîïðîâîæäàåòñÿ äîïîëíè-
òåëüíûì âûäåëåíèåì òåïëà, ïîäâîäèìîãî ê êàìåðå
èñïàðåíèÿ. Ïî ýòèì ïðè÷èíàì íàìè áûë âûáðàí
ìåòîä òåïëîâîé ðåëàêñàöèè, êîòîðûé íå òðåáóåò
àäèàáàòè÷åñêèõ óñëîâèé.
Êîíñòðóêöèÿ è ïðèíöèï ðàáîòû ðåôðèæåðàòîðà
Ðàññ÷èòàííûé è èçãîòîâëåííûé íàìè êîìïàêò-
íûé ðåôðèæåðàòîð èñïàðåíèÿ ïîãðóæíîãî òèïà
(top-loading) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîâåäåíèÿ ôèçè÷å-
ñêèõ èññëåäîâàíèé ïðè òåìïåðàòóðàõ äî �0,3 Ê.
Âûñîòà ÷àñòè ðåôðèæåðàòîðà, ïîãðóæàåìîé â êðèî-
ñòàò, 1 ì, âíåøíèé äèàìåòð — 24 ìì. Òàêèå ïàðà-
ìåòðû è ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûé ãåðìåòè÷íûé
øëþç ïîçâîëÿþò ïðèìåíÿòü â êà÷åñòâå êðèîñòàòà
ñòàíäàðòíûé òðàíñïîðòíûé ãåëèåâûé äüþàð òèïà
ÑÒÃ-40. Äëÿ èçìåðåíèé â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ áûë
ñïðîåêòèðîâàí è èçãîòîâëåí ïåðåõîäíîé ôëàíåö,
ïîçâîëÿþùèé â êà÷åñòâå êðèîñòàòà èñïîëüçîâàòü
äüþàð ìàëîãî îáúåìà, � 5 ë, äèàìåòðîì 105 ìì. Íå-
áîëüøîé äèàìåòð êðèîãåííîé âñòàâêè ïîçâîëÿåò
ïðèìåíÿòü ñîëåíîèäû ñ ìàëûì âíóòðåííèì äèàìåò-
ðîì (� 30 ìì), â êîòîðûõ ìîæíî ïîëó÷èòü ìàãíèò-
íûå ïîëÿ äî 8 Òë ñ õîðîøåé îäíîðîäíîñòüþ.
 êà÷åñòâå õëàäàãåíòà ðåôðèæåðàòîðà ìîãóò
áûòü èñïîëüçîâàíû êàê æèäêèé 3Íå, òàê è 4Íå.
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ÷àñòü ðåôðèæåðàòîðà âûïîë-
íåíà êàê îäíî öåëîå ñ áëîêîì óïðàâëåíèÿ è ñèñòå-
ìîé õðàíåíèÿ õëàäàãåíòà. Âñÿ êîíñòðóêöèÿ ñìîíòè-
ðîâàíà íà ïîäâèæíîé ïëàòôîðìå, ÷òî äåëàåò
óñòàíîâêó àâòîíîìíîé.
Ðåôðèæåðàòîð èñïàðåíèÿ, ñõåìàòè÷åñêè ïðåä-
ñòàâëåííûé íà ðèñ. 1, ñîñòîèò èç ñëåäóþùèõ îñíîâ-
íûõ óçëîâ: êàìåðû èñïàðåíèÿ 3Íå 11 è êàìåðû îò-
êà÷êè 4Íå 3, ïîìåùåííûõ â âàêóóìíóþ ðóáàøêó
12, àäñîðáöèîííîãî íàñîñà 1, ñèñòåìû êîììóíèêà-
öèé, ñèñòåìû õðàíåíèÿ è ñáîðà îñòàòêîâ ãåëèÿ (íà
ðèñóíêå íå ïîêàçàíà).
Êàìåðà îòêà÷êè 4Íå, ïðåäñòàâëÿþùàÿ ñîáîé òîð,
âûïîëíåíà èç ìåäè è ðàñïîëîæåíà íà îòêà÷íîé
òðóáêå êàìåðû èñïàðåíèÿ 3Íå. Îíà ñëóæèò äëÿ êîí-
äåíñàöèè õëàäàãåíòà âíóòðü êàìåðû èñïàðåíèÿ è
óìåíüøåíèÿ âíåøíåãî òåïëîïðèòîêà. Çàïîëíåíèå åå
îñóùåñòâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè èç âíåøíåé âàííû
êðèîñòàòà ÷åðåç äðîññåëü 2 è çàáîðíóþ òðóáêó ñ
ôèëüòðîì 13. Ãèäðîäèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå
ïîòîêó äðîññåëÿ 1011 ñì–3. Ôèëüòð ïðåäñòàâëÿåò ñî-
áîé ìåäíûé öèëèíäð, çàïîëíåííûé ñïðåññîâàííûì
è çàïå÷åííûì ìåäíûì ìåëêîäèñïåðñíûì ïîðîøêîì.
Èñïîëüçîâàíèå êàìåðû îòêà÷êè 4Íå ñóùåñòâåííî
ñíèæàåò çàòðàòû ãåëèÿ, èçáàâëÿåò îò íåîáõîäèìîñòè
îòêà÷êè âñåé ãåëèåâîé âàííû è äàåò âîçìîæíîñòü
ïîäëèâàòü ãåëèé âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà. Êàìåðà
Óñòàíîâêà äëÿ êàëîðèìåòðè÷åñêèõ èçìåðåíèé ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1 Ê
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 11 1261
Ðèñ. 1. Ñõåìà ðåôðèæåðàòîðà èñïàðåíèÿ 3Íå: 1 — àä-
ñîðáöèîííûé íàñîñ, 2 — äðîññåëü, 3 — êàìåðà îòêà÷êè
4Íå, 4 — àäñîðáåíò âàêóóìíîé ðóáàøêè, 5 — ðåçüáîâîé
êîíòàêò, 6 — òåïëîâàÿ ñâÿçü, 7 — ãðàôèòîâûé ñòåðæåíü,
8 — êîðïóñ êàëîðèìåòðè÷åñêîé ÿ÷åéêè, 9 — ñàïôèðîâàÿ
ïîäëîæêà ñ íàïûëåííûì íà íåå íàãðåâàòåëåì, 10 — ãåð-
ìàíèåâûé òåðìîìåòð ñîïðîòèâëåíèÿ, 11 — êàìåðà èñïàðå-
íèÿ 3Íå, 12 — âàêóóìíàÿ ðóáàøêà, 13 — çàáîðíàÿ òðóá-
êà ñ ôèëüòðîì.
èñïàðåíèÿ 4Íå ðàáîòàåò íåïðåðûâíî, åñëè ïîääåð-
æèâàòü óðîâåíü ãåëèÿ âî âíåøíåé âàííå êðèîñòàòà
âûøå çàáîðíîé òðóáêè. Ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà êàìå-
ðû � 1,5–1,8 Ê.
Êàìåðà èñïàðåíèÿ 3Íå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìåä-
íóþ åìêîñòü îáúåìîì 2 ñì3. Ñíèçó êàìåðà èìååò
ðåçüáîâîå ãíåçäî äëÿ êðåïëåíèÿ èçìåðèòåëüíîé
ÿ÷åéêè. Îòêà÷êà ïàðîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ àäñîðáöèîí-
íûì íàñîñîì, ðàñïîëîæåííûì â ãåëèåâîé âàííå
êðèîñòàòà è èìåþùèì ñîáñòâåííóþ âàêóóìíóþ ðó-
áàøêó.  íàñîñå èñïîëüçîâàí ñèíòåòè÷åñêèé àäñîð-
áåíò ÑÊÍ. Êîëè÷åñòâî àäñîðáåíòà ðàññ÷èòàíî òàê,
÷òî îí ñïîñîáåí ïîãëîòèòü âåñü õëàäàãåíò èç êàìåðû
èñïàðåíèÿ [3]. Âàêóóìíàÿ ðóáàøêà àäñîðáöèîííîãî
íàñîñà èìååò âèä «ïåðåâåðíóòîãî ñòàêàíà», èç-ïîä
êîòîðîãî ÷åðåç äðåíàæíóþ òðóáêó èìååòñÿ âûõîä â
ïàðîâóþ îáëàñòü êðèîñòàòà (ãàçãîëüäåð). Íàñîñ
ñíàáæåí íàãðåâàòåëåì äëÿ ðåãåíåðàöèè àäñîðáåíòà,
ýëåêòðîñîïðàòèâëåíèå êîòîðîãî 130 Îì.
Ðàáîòàåò ðåôðèæåðàòîð ñëåäóþùèì îáðàçîì: ïðè
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå â îòêà÷àííóþ âàêóóìíóþ ðó-
áàøêó äëÿ óëó÷øåíèÿ òåïëîîáìåíà íàïóñêàþò íå-
áîëüøîå êîëè÷åñòâî 4Íå (� 1 ìì ðò. ñò.). Ïðè íèç-
êîé òåìïåðàòóðå ýòîò ãåëèé ïîãëîùàåòñÿ âíóòðåííèì
àäñîðáöèîííûì íàñîñîì 4, êîòîðûé ðàñïîëîæåí íà
êàìåðå èñïàðåíèÿ 3Íå. Ïðè îõëàæäåíèè âñòàâêó ïî-
ãðóæàþò â æèäêèé ãåëèé è âêëþ÷àþò îòêà÷êó êàìå-
ðû ñ 4Íå. Äðåíàæíóþ òðóáêó íàñîñà ïðè ýòîì ïåðå-
êðûâàþò, íå ïîçâîëÿÿ æèäêîñòè ïðîíèêíóòü ïîä
«ñòàêàí» è îõëàäèòü àäñîðáåíò. Êàìåðà îòêà÷êè 4Íå
è êàìåðà èñïàðåíèÿ 3Íå çà 15 ìèí ïðèíèìàþò òåìïå-
ðàòóðó � 1,5 Ê (ðèñ. 2), ïîñëå ÷åãî ìîæíî íà÷èíàòü
êîíäåíñàöèþ 3Íå èç áàëëîíà õðàíåíèÿ â êàìåðó 3Íå.
Êîíäåíñàöèÿ ãàçîîáðàçíîãî 3Íå ïðîèñõîäèò íà ñòåí-
êå êàìåðû îòêà÷êè 4Íå. Äëÿ óëó÷øåíèÿ ïðîöåññà
êîíäåíñàöèè íà ïîâåðõíîñòè ýòîé ñòåíêè íàíåñåíà
ðåçüáà. Êîíäåíñàöèÿ 3Íå çàíèìàåò 5 ìèí. Çàòåì îõ-
ëàæäàþò àäñîðáöèîííûé íàñîñ. Äëÿ ýòîãî îòêðûâà-
þò äðåíàæíóþ òðóáêó è çàïóñêàþò æèäêèé 4Íå ïîä
«ñòàêàí», òåì ñàìûì îõëàæäàÿ íàñîñ. Âðåìÿ óñòà-
íîâëåíèÿ ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû (� 0,3 Ê) ñîñòàâëÿåò
íå áîëåå 10 ìèí.
Êîãäà âñÿ æèäêîñòü èç êàìåðû èñïàðåíèÿ áóäåò
âûêà÷àíà, ïðîöåññ îõëàæäåíèÿ ìîæíî ïîâòîðèòü.
Äëÿ ýòîãî íàñîñ íåîáõîäèìî íàãðåòü äî òåìïåðàòó-
ðû � 20–25 Ê. Ïðè ýòèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîèñõîäèò
äåñîðáöèÿ ãåëèÿ èç íàñîñà è ïîâòîðíàÿ êîíäåíñàöèÿ
(ðèñ. 2). Îòîãðåòü íàñîñ ìîæíî äâóìÿ ñïîñîáàìè:
ëèáî ïîäíÿòü åãî íàä óðîâíåì ãåëèÿ âî âíåøíåé âàí-
íå êðèîñòàòà, ëèáî èñïàðèòü ãåëèé èç-ïîä «ñòàêàíà»
ïðè ïîìîùè íàãðåâàòåëÿ, íàìîòàííîãî íà ñòåíêó íà-
ñîñà. Ïðîöåññ ïåðåêîíäåíñàöèè çàíèìàåò 10 ìèí.
Ïîñëå âûêëþ÷åíèÿ íàãðåâàòåëÿ àäñîðáöèîííîãî íà-
ñîñà íà÷èíàåòñÿ íîâûé öèêë îõëàæäåíèÿ.
Ñèñòåìà êîììóíèêàöèé ðåôðèæåðàòîðà èñïàðå-
íèÿ ðàñïîëîæåíà íà îòäåëüíîé ïàíåëè è ñëóæèò
äëÿ óïðàâëåíèÿ è êîíòðîëÿ ïðè ðàáîòå. Ñèñòåìà
õðàíåíèÿ è ñáîðà îñòàòêîâ õëàäàãåíòà èç êîììóíè-
êàöèé (ïðè ðàçáîðêå óñòàíîâêè) ñîáðàíà â âèäå îò-
äåëüíîãî óçëà è ñîåäèíÿåòñÿ ñ ñèñòåìîé êîì-
ìóíèêàöèé ðåôðèæåðàòîðà ñ ïîìîùüþ ãèáêîãî
ìåòàëëîðóêàâà. Äëÿ ñáîðà îñòàòêîâ èñïîëüçóåòñÿ
ñïåöèàëüíûé àäñîðáöèîííûé íàñîñ, êîòîðûé ìî-
æåò áûòü îõëàæäåí â îáû÷íîì òðàíñïîðòíîì ãåëèå-
âîì äüþàðå. Äëÿ õðàíåíèÿ îñíîâíîãî êîëè÷åñòâà
3Íå èñïîëüçóåòñÿ áàëëîí åìêîñòüþ 1,8 ë.
Ðåñóðñ ðàáîòû ðåôðèæåðàòîðà è åãî ìèíèìàëü-
íàÿ òåìïåðàòóðà çàâèñèò îò òåïëîâîé íàãðóçêè.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýòîé çàâèñèìîñòè ê ðåçüáîâîìó
ãíåçäó áûë ïðèêðåïëåí ìåäíûé öèëèíäð, ñíàáæåí-
íûé íàãðåâàòåëåì (� 60 Îì) è òåðìîìåòðîì ñîïðî-
òèâëåíèÿ RuO2. Â ïðîöåññå ýêñïåðèìåíòà íà íàãðå-
âàòåëü ïîäàâàëè ðàçíûå íàïðÿæåíèÿ è ñëåäèëè çà
èçìåíåíèåì òåìïåðàòóðû. Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíà
çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò ïîäâîäèìîé ìîùíî-
ñòè. Âíåøíèé ïàðàçèòíûé òåïëîïðèòîê, ïî îöåíêå,
ñîñòàâëÿåò 0,5 ìêÂò.
Êðîìå òîãî, ìû ïðîâåëè íåñêîëüêî òåñòîâûõ èñ-
ïûòàíèé íà äëèòåëüíîñòü ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòó-
ðû. Ïðè ïîñòîÿííîì âíåøíåì òåïëîïðèòîêå 50 ìêÂò
òåìïåðàòóðà 0,6 Ê ñîõðàíÿëàñü â òå÷åíèå 2 ÷. Áåç
âíåøíåãî òåïëîïðèòîêà òåìïåðàòóðà 0,32 Ê äåðæà-
ëàñü áîëåå 4 ÷ è çàòåì ýêñïåðèìåíò áûë ïðåêðàùåí.
1262 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 11
Â.Í. Åðîïêèí, Ò.Â. ×àãîâåö
1
2
3
4
5
0
10 20 30 40 500
1
2
3
4
5
T
,
Ê
t, ìèí
Ðèñ. 2. Äèàãðàììà öèêëîâ îõëàæäåíèÿ ðåôðèæåðàòîðà:
1 — îòêà÷êà êàìåðû èñïàðåíèÿ 4Íå; 2 — êîíäåíñàöèÿ
3Íå â êàìåðó èñïàðåíèÿ 3Íå; 3 — îòêà÷êà êàìåðû èñïà-
ðåíèÿ 3Íå; 4 — oòîãðåâ àäñîðáöèîííîãî íàñîñà è ïîâòîð-
íàÿ êîíäåíñàöèÿ 3Íå; 5 —oòêà÷êà êàìåðû èñïàðåíèÿ 3Íå.
Ïðè èçìåðåíèÿõ òåïëîåìêîñòè òåïëîïðèòîê ñîñòàâ-
ëÿåò íå áîëåå 1 ìêÂò.
Êîíñòðóêöèÿ è ïðèíöèï ðàáîòû êàëîðèìåòðà
Ìåäíûé êîðïóñ êàëîðèìåòðè÷åñêîé ÿ÷åéêè 8
(ñì. ðèñ. 1) âûïîëíåí â âèäå ïîëîãî öèëèíäðà
15 ìì è êðåïèòñÿ ê êàìåðå èñïàðåíèÿ 3Íå ïðè
ïîìîùè ðåçüáîâîãî êîíòàêòà 5. Îí ñíàáæåí íàãðå-
âàòåëåì (� 60 Îì) è òåðìîìåòðîì ñîïðîòèâëåíèÿ è
èãðàåò ðîëü èçîòåðìè÷åñêîãî ýêðàíà. Âíóòðü ýêðà-
íà ïîìåùåíà ñàïôèðîâàÿ ïîäëîæêà ñ íàïûëåííûì
íà íåå íàãðåâàòåëåì 9 è íåáîëüøèì ãåðìàíèåâûì
òåðìîìåòðîì ñîïðîòèâëåíèÿ 10, ïîìåùåííûì â
öåíòð ïîäëîæêè. Ïåðåäà÷è õîëîäà îò ýêðàíà ê îá-
ðàçöó, çàêðåïëåííîìó íà ïîäëîæêå, îñóùåñòâëÿåò-
ñÿ ñ ïîìîùüþ òåïëîâîé ñâÿçè — òîíêîé ìåäíîé
ïðîâîëîêè 6 ìàëîãî äèàìåòðà, äëèíó è äèàìåòð êî-
òîðîé íåîáõîäèìî ïîäáèðàòü ýêñïåðèìåíòàëüíî.
Ýëåìåíò òåïëîâîé ñâÿçè äîëæåí áûòü îñíîâíûì
ïóòåì òåïëîîáìåíà ìåæäó ýêðàíîì è ïîäëîæíîé,
ïîýòîìó ïîäëîæêà òåïëîèçîëèðîâàíà îò ýêðàíà è
îïèðàåòñÿ íà ãðàôèòîâûé ñòåðæåíü 7 �� 9 ìì).
Òàêèì îáðàçîì, êîíñòðóêöèÿ èìååò ìàëóþ òåïëî-
ïðîâîäíîñòü è äëèííûé ïóòü òåïëîïåðåäà÷è, ïî-
ñêîëüêó âðåìÿ ðåëàêñàöèè â îáðàçöå äîëæíî
áûòü ìåíüøå, ÷åì âðåìÿ ðåëàêñàöèè ìåæäó îáðàç-
öîì è êîðïóñîì êàëîðèìåòðà.
 ìåòîäå òåïëîâîé ðåëàêñàöèè, èñïîëüçóåìîì â
íàñòîÿùåé óñòàíîâêå, òåìïåðàòóðà âàííû ïîääåð-
æèâàåòñÿ ïîñòîÿííîé. Ñòàáèëèçèðîâàâ êîðïóñ êà-
ëîðèìåòðà íà íóæíîé òåìïåðàòóðå, îáðàçåö íàãðå-
âàþò âûøå òåìïåðàòóðû âàííû, ïîñëå ÷åãî îí ýêñ-
ïîíåíöèàëüíî îõëàæäàåòñÿ ê èñõîäíîé òåìïåðàòó-
ðå. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû îáðàçöà âî âðåìåíè t
ñîîòâåòñòâóåò óðàâíåíèþ
T(t)
s
= �T exp(– t/�) + T0, (1)
ãäå Ts — òåìïåðàòóðà îáðàçöà, T0 — òåìïåðàòóðà
âàííû, �T — íà÷àëüíàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð îá-
ðàçöà è âàííû, � — ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè ( )C /Kp ,
Ñp — òåïëîåìêîñòü îáðàçöà è K — òåïëîïðîâîä-
íîñòü ýëåìåíòà òåïëîâîé ñâÿçè [4]. Òåïëîïðîâîä-
íîñòü ýëåìåíòà òåïëîâîé ñâÿçè îïðåäåëÿþò ïóòåì
èçìåðåíèÿ ðàçíîñòè òåìïåðàòóð �Ò ìåæäó îáðàç-
öîì è âàííîé ïðè ðàçíûõ ìîùíîñòÿõ íàãðåâà �Q
ñîãëàñíî çàâèñèìîñòè
K Q/ T� � �� . (2)
Åñëè � è K èçìåðåíû, òî òåïëîåìêîñòü ÑÐ îïðåäå-
ëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ
C Kp � � . (3)
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ðàáîòà íà îïèñàííîé
óñòàíîâêå, âûïîëíåííîé íà îñíîâå ïåðåíîñíîãî
ðåôðèæåðàòîðà èñïàðåíèÿ 3Íå ñ àäñîðáöèîííîé îò-
êà÷êîé ïîãðóæíîãî òèïà, ïîêàçàëà, ÷òî îíà óäîáíà è
íàäåæíà â ýêñïëóàòàöèè. Â êðóã íàøèõ çàäà÷ âõî-
äèò èçìåðåíèå òåïëîåìêîñòè íèæå 1 Ê, íî ðåôðèæå-
ðàòîð ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ èññëåäîâàíèÿ
äðóãèõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, òàêèõ êàê òåïëîïðî-
âîäíîñòü, ýëåêòðîïðîâîäíîñòü, ìàãíèòîñîïðîòèâëå-
íèå è äð., ïîñêîëüêó êðåïëåíèå èçìåðèòåëüíîé
ÿ÷åéêè ê êàìåðå èñïàðåíèÿ 3Íå ðàçáîðíîå.
Êîìïàêòíîñòü è ýêîíîìè÷íîñòü äåëàþò åå âåñüìà ïî-
ëåçíîé ïðè ïðîâåäåíèè ôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé
ïðè ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü ïðîôåññîðó
Â.Ì. Äìèòðèåâó è À.Ì. Ãóðåâè÷ çà ïîääåðæêó è
èíòåðåñ ê òåìå, à òàêæå Â.À. Ìàéäàíîâó çà êîí-
ñóëüòàöèè è ïëîäîòâîðíûå äèñêóññèè.
1. À.Ì. Ãóðåâè÷, Â.Ì. Äìèòðèåâ, Â.Í. Åðîïêèí, Á.Þ.
Êîòóð, Í.Í. Ïðåíöëàó, Â. Ñóñêè, À.Â. Òåðåõîâ,
Ë.Â. Øëûê, ÔÍÒ 27, 11 (2001).
2. F. Pobell, Matter and Methods at Low Temperatures,
Springer-Werlag, Berlin (1992).
3. Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ, ÔÍÒ 24, 11
(1998).
4. Â.Í. Áàõìàí è äð., Ïðèáîðû äëÿ íàó÷íûõ èññëåäî-
âàíèé, ¹ 2, 21 (1972).
Óñòàíîâêà äëÿ êàëîðèìåòðè÷åñêèõ èçìåðåíèé ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1 Ê
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 11 1263
400
300
200
100
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Q
,
ì
êÂ
ò
T, Ê
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû êàìåðû èñïàðåíèÿ
3Íå îò ïîäâîäèìîé ê íåé ìîùíîñòè.
The calorimeter for temperatures below 1 K
V.N. Eropkin and T.V. Chagovets
A top-loading 3He evaporation refrigerator
with adsorption pumping, using a STG-40
transport helium dewar as a cryostat has been
devised to study heat capacity of various sam-
ples at temperatures below 1 K. A calorimetric
cell for measuring heat capacity of samples of
less than 1 gram has been constructed. The low-
est temperature of the measurements is 0.32 K.
We have measured the temperature of evapora-
tion chamber vs input power. The operating
continuos time of the refrigerator at an input
power of 50 µW is two hours.
1264 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 11
Â.Í. Åðîïêèí, Ò.Â. ×àãîâåö
|