Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He

Полупрозрачный слой (облако)примесного конденсата, который формируется на границе раздела сверхтекучий He II -пар при конденсации газообразного ⁴He с примесью паров воды в ячейке, заполненной сверхтекучим гелием при температуре T ≤ 1,5 К, трансформируется со временем в овальный айсберг средним диаме...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2002
Hauptverfasser:	Кокотин, А.М., Межо-Деглин, Л.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2002
Schriftenreihe:	Физика низких температур
Schlagworte:	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130206
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He / А.М. Кокотин, Л.П. Межо -Деглин // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 235-244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130206
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1302062025-02-09T11:26:23Z Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He Watergel—a new form of water condensed in liquid ⁴He Кокотин, А.М. Межо-Деглин, Л.П. Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Полупрозрачный слой (облако)примесного конденсата, который формируется на границе раздела сверхтекучий He II -пар при конденсации газообразного ⁴He с примесью паров воды в ячейке, заполненной сверхтекучим гелием при температуре T ≤ 1,5 К, трансформируется со временем в овальный айсберг средним диаметром ~9мм, подвешенный на стенках стеклянной ячейки под поверхностью жидкости. Внутри жидкого гелия айсберги могут существовать и при температурах выше Tl. При давлении паров P над поверхностью нормальной жидкости He I равном 150 Торр температура Td, при которой наблюдается интенсивный распад айсбергов, составляет 2,5 К. С повышением давления до 760 Торр температура Td возрастает до 4 К.В атмосфере газообразного ⁴He извлеченные из He II при T ~ 1,4 К "сухие" айсберги распадаются при нагреве выше 1,8К. Распад айсбергов сопровождается образованием на дне ячейки мелкодисперсного порошка (повидимому, аморфного льда),объем которого почти на два порядка меньше объема исходных айсбергов, т.е.полное содержание воды в айсберге ≤10²⁰ молекул/см³. Эта оценка согласуется с оценкой разности плотности айсберга и окружающей жидкости ρL (отношение Δρ/ρL <0,1) по результатам наблюдений осцилляций образца при возникновении термоакустических колебаний в ячейке, заполненной жидким He I. При обсуждении структуры айсбергов можно предположить, что в гелиевом паре над поверхностью He II примесные молекулы H₂O слипаются в кластеры,так что остов примесь-гелиевого водяного конденсата в He II (дисперсионная система геля)образован водяными нанокластерами, окруженными одним-двумя слоями отвердевшего гелия, а заполняющий поры между частицами сверхтекучий He II служит дисперсионной средой водяного геля. The semitransparent layer (cloud) of impurity condensate formed on the interface between superfluid He II and the vapor during condensation of gaseous ⁴He containing impurity water vapor in a cell filled with superfluid helium at a temperature T⩽1.5 K is transformed over time into an oval iceberg with an average diameter of ∼9 mm, suspended on the walls of the glass cell under the surface of the liquid. Within the liquid helium, icebergs can exist at temperatures above Tλ as well. At a vapor pressure P=150 torr over the surface of normal liquid He I the temperature Td at which intense decomposition of the icebergs occurs is 2.5 K. When the pressure is increased to 760 torr the temperature Td increases to 4 K. In an atmosphere of gaseous ⁴He the “dry” icebergs extracted from He II at T∼1.4 K decompose on heating above 1.8 K. The decomposition of the icebergs is accompanied by the formation of a fine powder (apparently amorphous ice) on the bottom of the cell; the volume of this powder is nearly two orders of magnitude less than the volume of the initial icebergs, i.e., the total water content in an iceberg is ⩽10²⁰ molecules/cm³. This estimate agrees with an estimate of the difference of the density of an iceberg and the density of the surrounding liquid ρL (the ratio Δρ/ρL<0.1) from the results of observations of oscillations of the sample when thermoacoustic vibrations arise in a cell filled with liquid He I. In considering the structure of the icebergs it can be assumed that in helium vapor over the surface of He II the H₂O impurity molecules agglomerate into clusters, so that the core of the impurity–helium water condensate in He II (a gel dispersion system) is formed by water nanoclusters surrounded by one or two layers of solidified helium, and the superfluid He II filling the pores between particles serves as the dispersion medium of the watergel. Авторы благодарны Ю. А. Осипьяну за поддержку исследований, В. Б. Ефимов у и В. Б . Шикину, а также Г. В. Колмакову, А. А. Левченко, Е. В. Лебедевой и М. Ю. Бражникову за полезные обсуждения и расчеты и А. В. Лохову и В. Н. Хлопинскому за техническую помощь. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства промышленности науки и технологий РФ в рамках программы ГНТП «Актуальные направления в физике конденсированных сред», а также РФФИ и Правительства Московской области, грант 01-02-97037.1. 2002 Article Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He / А.М. Кокотин, Л.П. Межо -Деглин // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 235-244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 71.46.+w https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130206 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
spellingShingle	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы Кокотин, А.М. Межо-Деглин, Л.П. Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He Физика низких температур
description	Полупрозрачный слой (облако)примесного конденсата, который формируется на границе раздела сверхтекучий He II -пар при конденсации газообразного ⁴He с примесью паров воды в ячейке, заполненной сверхтекучим гелием при температуре T ≤ 1,5 К, трансформируется со временем в овальный айсберг средним диаметром ~9мм, подвешенный на стенках стеклянной ячейки под поверхностью жидкости. Внутри жидкого гелия айсберги могут существовать и при температурах выше Tl. При давлении паров P над поверхностью нормальной жидкости He I равном 150 Торр температура Td, при которой наблюдается интенсивный распад айсбергов, составляет 2,5 К. С повышением давления до 760 Торр температура Td возрастает до 4 К.В атмосфере газообразного ⁴He извлеченные из He II при T ~ 1,4 К "сухие" айсберги распадаются при нагреве выше 1,8К. Распад айсбергов сопровождается образованием на дне ячейки мелкодисперсного порошка (повидимому, аморфного льда),объем которого почти на два порядка меньше объема исходных айсбергов, т.е.полное содержание воды в айсберге ≤10²⁰ молекул/см³. Эта оценка согласуется с оценкой разности плотности айсберга и окружающей жидкости ρL (отношение Δρ/ρL <0,1) по результатам наблюдений осцилляций образца при возникновении термоакустических колебаний в ячейке, заполненной жидким He I. При обсуждении структуры айсбергов можно предположить, что в гелиевом паре над поверхностью He II примесные молекулы H₂O слипаются в кластеры,так что остов примесь-гелиевого водяного конденсата в He II (дисперсионная система геля)образован водяными нанокластерами, окруженными одним-двумя слоями отвердевшего гелия, а заполняющий поры между частицами сверхтекучий He II служит дисперсионной средой водяного геля.
format	Article
author	Кокотин, А.М. Межо-Деглин, Л.П.
author_facet	Кокотин, А.М. Межо-Деглин, Л.П.
author_sort	Кокотин, А.М.
title	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He
title_short	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He
title_full	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He
title_fullStr	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He
title_full_unstemmed	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He
title_sort	водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴he
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2002
topic_facet	Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130206
citation_txt	Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He / А.М. Кокотин, Л.П. Межо -Деглин // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 3. — С. 235-244. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT kokotinam vodânojgelʹnovaâformavodykondensirovannojvžidkom4he AT mežodeglinlp vodânojgelʹnovaâformavodykondensirovannojvžidkom4he AT kokotinam watergelanewformofwatercondensedinliquid4he AT mežodeglinlp watergelanewformofwatercondensedinliquid4he
first_indexed	2025-11-25T21:21:32Z
last_indexed	2025-11-25T21:21:32Z
_version_	1849798891208179712
fulltext	Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3, c. 235–244Êîêîòèí À. Ì., Ìåæîâ-Äåãëèí Ë. Ï.Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4HeKokotin A. M. and Mezhov-Deglin L. P.Watergel: a new form of water condensed in liquid 4He Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4He À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí Èíñòèòóò ôèçèêè òâåðäîãî òåëà ÐÀÍ, ×åðíîãîëîâêà, Ìîñêîâñê. îáë., 142432, Ðîññèÿ E-mail: mezhov@issp.ac.ru Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â påäàêöèþ 2 èþëÿ 2001 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 12 íîÿáðÿ 2001 ã. Ïîëóïðîçðà÷íûé ñëîé (îáëàêî) ïðèìåñíîãî êîíäåíñàòà, êîòîðûé ôîðìèðóåòñÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ñâåðõòåêó÷èé He II—ïàð ïðè êîíäåíñàöèè ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû â ÿ÷åéêå, çàïîëíåííîé ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì ïðè òåìïåðàòóðå T ≤ 1,5 Ê, òðàíñôîðìèðóåòñÿ ñî âðåìåíåì â îâàëüíûé àéñáåðã ñðåäíèì äèàìåòðîì ∼ 9 ìì, ïîäâåøåííûé íà ñòåíêàõ ñòåêëÿí- íîé ÿ÷åéêè ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè. Âíóòðè æèäêîãî ãåëèÿ àéñáåðãè ìîãóò ñóùåñòâîâàòü è ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå Tλ . Ïðè äàâëåíèè ïàðîâ P íàä ïîâåðõíîñòüþ íîðìàëüíîé æèäêîñòè He I ðàâíîì 150 Òîðð òåìïåðàòóðà Td , ïðè êîòîðîé íàáëþäàåòñÿ èíòåíñèâíûé ðàñïàä àéñáåð- ãîâ, ñîñòàâëÿåò 2,5 Ê. Ñ ïîâûøåíèåì äàâëåíèÿ äî 760 Òîðð òåìïåðàòóðà Td âîçðàñòàåò äî 4 Ê. Â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî 4He èçâëå÷åííûå èç He II ïðè T ∼ 1,4 Ê «ñóõèå» àéñáåðãè ðàñïàäàþòñÿ ïðè íàãðåâå âûøå 1,8 Ê. Ðàñïàä àéñáåðãîâ ñîïðîâîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì íà äíå ÿ÷åéêè ìåëêîäèñïåðñíîãî ïîðîøêà (ïî-âèäèìîìó, àìîðôíîãî ëüäà), îáúåì êîòîðîãî ïî÷òè íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå îáúåìà èñõîäíûõ àéñáåðãîâ, ò.å. ïîëíîå ñîäåðæàíèå âîäû â àéñáåðãå ≤ 1020 ìîëåêóë/ñì3. Ýòà îöåíêà ñîãëàñóåòñÿ ñ îöåíêîé ðàçíîñòè ïëîòíîñòè àéñáåðãà è îêðóæàþùåé æèäêîñòè ρL (îòíîøåíèå ∆ρ/ρL < 0,1) ïî ðåçóëüòàòàì íàáëþäåíèé îñöèëëÿöèé îáðàçöà ïðè âîçíèêíîâåíèè òåðìîàêóñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé â ÿ÷åéêå, çàïîëíåííîé æèäêèì He I. Ïðè îáñóæäåíèè ñòðóêòóðû àéñáåðãîâ ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â ãåëèåâîì ïàðå íàä ïîâåðõíîñòüþ He II ïðèìåñíûå ìîëåêóëû H2O ñëèïàþòñÿ â êëàñòåðû, òàê ÷òî îñòîâ ïðèìåñü- ãåëèåâîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòà â He II (äèñïåðñèîííàÿ ñèñòåìà ãåëÿ) îáðàçîâàí âîäÿíûìè íàíîêëàñòåðàìè, îêðóæåííûìè îäíèì–äâóìÿ ñëîÿìè îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ, à çàïîëíÿþùèé ïîðû ìåæäó ÷àñòèöàìè ñâåðõòåêó÷èé He II ñëóæèò äèñïåðñèîííîé ñðåäîé âîäÿíîãî ãåëÿ. Íàïiâïðîçîðèé øàð (õìàðà) äîìiøêîâîãî êîíäåíñàòó, ÿêèé ôîðìóºòüñÿ íà ìåæi ðîçïîäiëó íàäïëèííèé He II—ïàðà ïðè êîíäåíñàöi¿ ãàçîïîäiáíîãî 4He ç äîìiøêîþ ïàðè âîäè â êîìiðöi, ÿêà çàïîâíåíà íàäïëèííèì ãåëiºì ïðè òåìïåpàòópi T ≤ 1,5 Ê, òðàíñôîðìóºòüñÿ iç ÷àñîì ó îâàëüíèé àéñáåðã ñåðåäíiì äèàìåòðîì ∼ 9 ìì, ïiäâiøåíèé íà ñòiíêàõ ñêëÿíî¿ êîìiðêè ïiä ïîâåðõíåþ ðiäèíè. Óñåðåäèíi ðiäêîãî ãåëiþ àéñáåðãè ìîæóòü iñíóâàòè i ïðè òåìïåpàòópàõ âèùå Tλ . Ïðè òèñêó ïàðè P íàä ïîâåðõíåþ íîðìàëüíî¿ ðiäèíè He I ðiâíîìó 150 Òîðð òåìïåpàòópà Td , ïðè ÿêié ñïîñòåðiãàºòüñÿ iíòåíñèâíèé ðîçïàä àéñáåðãiâ, ñêëàäàº 2,5 Ê. Ç ï³äâèùåííÿì òèñêó äî 760 Òîðð òåìïåðàòóðà Td çðîñòàº äî 4 Ê. Ó àòìîñôåði ãàçîïîäiáíîãî 4He «ñóõi» àéñáåðãè, ÿêi âèòÿãíóòi iç He II ïðè T ∼ 1,4 Ê, ðîçïàäàþòüñÿ ïðè íàãðiâi âèùå 1,8 Ê. Ðîçïàä àéñáåðãiâ ñóïðîâîäæóºòüñÿ óòâîðåííÿì íà äíi êîìiðêè äðiáíîçåðíèñòîãî ïîðîøêó (ìàáóòü, àìîðôíîãî ëüîäó), îá’ºì ÿêîãî ìàéæå íà äâà ïîðÿäêè ìåíøå íiæ îá’ºì iñòîòíèõ àéñáåðãiâ, òîáòî ïîâíèé çìiñò âîäè ó àéñáåðçi ≤ 1020 ìîëåêóë/ñì3. Öÿ îöiíêà óçãîäæóºòüñÿ ç îöiíêîþ ðiçíèöi ãóñòèíè àéñáåðãà i íàâêîëèøíüî¿ ðiäèíè ρL (âiäíîøåííÿ ∆ρ/ρL < 0,1) ïî påçóëüòàòàì äîñëiäæåíü îñöèëÿöié çðàçêà ïðè âèíèê- íåííi òåðìîàêóñòè÷íèõ êîëèâàíü â êîìiðöi, çàïîâíåíié ðiäêèì He I. Ïðè îáãîâîðåííi ñòpóêòópè àéñáåðãiâ ìîæíà ïðèïóñòèòè, ùî â ãåëiéîâ³é ïàði íàä ïîâåðõíåþ He II äîìiøêîâi ìîëåêóëè H2O çëèïàþòüñÿ ó êëàñòåðè, òàê ùî îñòîâ äîìiøêî-ãåëiéîâîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòó â He II (äèñïåðñié- íà ñèñòåìà ãåëþ) óòâîðåíî âîäÿíèìè íàíîêëàñòåðàìè, ÿêi îòî÷åíi îäíèì–äâîìà øàðàìè çàòâåðäi- ëîãî ãåëiþ, à íàäïëèííèé He II, ÿêèé çàïîâíþº ïîðè ïðîìiæ ÷àñòèíêàìè, ñëóæèòü äèñïåðñiéíèì ñåðåäîâèùåì äëÿ âîäÿíîãî ãåëÿ. PACS: 67.40.Yv, 71.46.+w © À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, 2002 Ââåäåíèå Ýòà ñòàòüÿ ãîòîâèëàñü äëÿ ïóáëèêàöèè â ñïåöè- àëüíîì âûïóñêå æóðíàëà ÔÍÒ, ïîñâÿùåííîì 100-ëåòèþ ñî äíÿ ðîæäåíèÿ Ë. Â. Øóáíèêîâà, îäíîãî èç îñíîâàòåëåé õàðüêîâñêîé íàó÷íîé øêîëû, àâòîðà ñåðèè áëåñòÿùèõ ýêñïåðèìåíòàëü- íûõ èññëåäîâàíèé â îáëàñòè ôèçèêè íèçêèõ òåì- ïåðàòóð. Áîëüøèíñòâó ñîâðåìåííûõ ôèçèêîâ èìÿ Øóáíèêîâà çíàêîìî ñî ñòóäåí÷åñêèõ ëåò â ñâÿçè ñ èçó÷åíèåì êèíåòè÷åñêèõ ÿâëåíèé â ìåòàëëàõ â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ (ýôôåêò Øóáíèêîâà—äå Ãààçà) è ôóíäàìåíòàëüíûìè èññëåäîâàíèÿìè ñâîéñòâ ñâåðõïðîâîäíèêîâ â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ. Íàïîìíèì è îá èññëåäîâàíèÿõ ñâîéñòâ æèäêîãî è òâåðäîãî ãåëèÿ è âïîñëåäñòâèè êðèñòàëëîâ äðóãèõ áëàãî- ðîäíûõ ãàçîâ («êðèîêðèñòàëëîâ» â ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè). Äëÿ îäíîãî èç àâòîðîâ äàííîé ñòàòüè (Ì.-Ä.) çíàêîìñòâî ñ ýòèìè ðàáîòàìè ÷åðåç 20 ëåò ïîñëå èõ ïóáëèêàöèè ñûãðàëî âàæ- íóþ ðîëü ïðè âûáîðå ìåòîäèêè èññëåäîâàíèé òðàíñïîðòíûõ ÿâëåíèé â òâåðäîì ãåëèè. Îáúåì ðàáîò, êîòîðûå óäàëîñü ïîñòàâèòü è âûïîëíèòü Ë. Â. Øóáíèêîâó è åãî êîëëåãàì â Õàðüêîâå â 30-õ ãîäàõ ïðîøëîãî âåêà çà òîò êîðîòêèé ïåðèîä (ìåíåå ÷åì çà 7 ëåò), êîòîðûé îòìåðèëà åìó ñóäü- áà, âïå÷àòëÿåò. Îñîáåííî ñåé÷àñ, êîãäà ìû ìîæåì áîëåå òðåçâî ñðàâíèòü óñëîâèÿ, â êîòîðûõ ýòè ðàáîòû ðàçâèâàëèñü, ñ òåì, ÷òî ïðîèñõîäèò â ñî- âðåìåííîé ôóíäàìåíòàëüíîé íàóêå íà òåððèòîðèè áûâøåãî ÑÑÑÐ. È ýòîò ïðèìåð ìîæåò ñëóæèòü äëÿ íàñ ïîâîäîì äëÿ îïòèìèçìà è ïîäðàæàíèÿ. Â äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èçó÷å- íèÿ ñâîéñòâ ìåòàñòàáèëüíûõ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ ïðè êîíäåíñàöèè ïîòîêà ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû íà ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷åãî He II. Êðàòêèå ñî- îáùåíèÿ î íàáëþäåíèè íîâîé ôîðìû âîäû — ïîðèñòîãî ïðèìåñü-ãåëèåâîãî êîíäåíñàòà, ïðîïè- òàííîãî ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì, è îïèñàíèå ñõåìû ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè, ïðèìåíÿåìîé äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ âîäÿíûõ îáðàçöîâ, áûëè îïóáëè- êîâàíû ðàíåå [1–4]. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî âïåðâûå îñîáåííîñòè â ïîâåäåíèè ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ íàáëþ- äàëè Ñàâè÷ è Øàëüíèêîâ áîëåå 55 ëåò òîìó íàçàä [5]. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ñâîéñòâà è õà- ðàêòåð âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ïðèìåñíûìè ÷àñòè- öàìè, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ â ïàðå íàä æèäêèì ãåëèåì, ñóùåñòâåííî çàâèñÿò íå òîëüêî îò ñîñòàâà ïðèìåñè, íî è îò ñâîéñòâ æèäêîñòè. Íàïðèìåð, ïðè ïîïàäàíèè ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìåñüþ âîçäóõà â äüþàð ñ íîðìàëüíûì He I (òåìïåðàòóðà ãåëèÿ T > Tλ) â ïàðå íàä He I âîçíèêàë òóìàí, ò.å. ïðèìåñíûå ìîëåêóëû ãàçà îáúåäèíÿëèñü â êëàñòåðû ìàëûõ ðàçìåðîâ. Ïðè îõëàæäåíèè æèä- êîñòè íèæå Tλ òóìàí ïðîïàäàë, ò.å. ñ ïåðåõîäîì îò íîðìàëüíîãî Íå I ê ñâåðõòåêó÷åìó He II ðàçìå- ðû è ñêîðîñòü îñåäàíèÿ êëàñòåðîâ â ïàðå íàä æèäêîñòüþ, à òàêæå ôîðìà «õëîïüåâ», êîòîðûå îáðàçîâûâàëèñü â îáúåìå æèäêîñòè âñëåäñòâèå ñëèïàíèÿ êëàñòåðîâ, ñóùåñòâåííî èçìåíÿëèñü. Áîëåå òîãî, ïðè ïîñëåäóþùåì íàãðåâå æèäêîñòè è ïåðåõîäå îò He II ê He I õëîïüÿ, ñîäåðæàâøèå ïðèìåñü âîäîðîäà, ðàñïàäàëèñü íà ìåëêèå ÷àñòè- öû ñ îáðàçîâàíèåì «íèìáà» íàä ðàñïàäàþùèìèñÿ õëîïüÿìè. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé [5] ïîñëóæè- ëè áàçîé äëÿ ðàçðàáîòêè ñîâðåìåííûõ ìåòîäîâ ïîëó÷åíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ íàíî÷àñòèö èñïàðåíèåì ìåòàëëà â ïàðàõ æèäêîãî ãåëèÿ. Ñóäÿ ïî äàííûì ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêèõ èçìåðåíèé [6], õà- ðàêòåðíûå ðàçìåðû ïðèãîòîâëåííûõ ïîäîáíûì îáðàçîì íàíîêëàñòåðîâ æåëåçà, êîòîðûå èñïîëü- çîâàëèñü â ýêñïåðèìåíòàõ ïî âèçóàëèçàöèè ðàñ- ïðåäåëåíèÿ âèõðåé Àáðèêîñîâà â ñâåðõïðîâîäíè- êàõ âòîðîãî ðîäà, ñîñòàâëÿëè îò åäèíèö äî ñîòåí íàíîìåòðîâ, ñðåäíèé äèàìåòð ÷àñòèö áûë ðàâåí 5–7 íì. Ñëåäóþùèì øàãîì â ýòîì íàïðàâëåíèè ÿâè- ëàñü ðàçðàáîòêà íîâîé ìåòîäèêè ïðèãîòîâëåíèÿ ìåòàñòàáèëüíûõ ïðèìåñíûõ ñèñòåì, ñîäåðæàùèõ ìîëåêóëû è àòîìû (ñâîáîäíûå ðàäèêàëû) ìîëå- êóëÿðíûõ ãàçîâ, âäóâàíèåì â ñâåðõòåêó÷èé He II ñòðóè ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìåñüþ ìîëåêóë è/èëè àòîìîâ èññëåäóåìîãî ãàçà [7,8]. Ãàçîâàÿ ñìåñü, ñîäåðæàâøàÿ 1–3% ïðèìåñè, ïðîõîäèëà ïðåäâàðèòåëüíî ÷åðåç ãàçîðàçðÿäíóþ òðóáêó (äèññîöèàòîð), îõëàæäàåìóþ æèäêèì àçîòîì, è ïîïàäàëà â äüþàð ñ He II ÷åðåç óçêîå îòâåðñòèå äèàìåòðîì ∼ 0,5 ìì íà äíå òðóáêè. Ðàññòîÿíèå îò âûõîäíîãî ñîïëà äî ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ ñîñòàâëÿëî ∼ 2 ñì. Îòíîñèòåëüíàÿ êîíöåíò- ðàöèÿ ïðèìåñíûõ àòîìîâ ìîëåêóëÿðíîãî ãàçà, íà- ïðèìåð N2 èëè D2 , â ãàçîâîé ñòðóå êîíè÷åñêîé ôîðìû, óïèðàâøåéñÿ îñòðûì êðàåì â ïîâåðõ- íîñòü æèäêîñòè, äîñòèãàëà 90%. Ñîäåðæàíèå àòî- ìîâ àçîòà â àçîòíîì êîíäåíñàòå â He II áûëî ñðàâíèìî ñ ñîäåðæàíèåì ìîëåêóë N2 . Ýòî ìíîãî- êðàòíî ïðåâîñõîäèëî ïðèâîäèìûå â ìîíîãðà- ôèè [9] îöåíêè ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìîé êîí- öåíòðàöèè ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ â ìîëåêóëÿðíîé ìàòðèöå, êîòîðûå ðàññ÷èòûâàëè ïî ðåçóëüòàòàì èññëåäîâàíèé ñâîéñòâ îáðàçöîâ, ïðèãîòîâëåííûõ íàïûëåíèåì âåùåñòâà íà õîëîäíóþ ïîäëîæêó â âàêóóìå, ò.å. èçìåíåíèå ìåòîäèêè ïðèãîòîâëåíèÿ êà÷åñòâåííî èçìåíèëî ñâîéñòâà ïîëó÷àåìûõ îá- ðàçöîâ. Ñîâðåìåííûå ñâåäåíèÿ î ñòðîåíèè è ñâîéñòâàõ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ, îáðàçóåìûõ â À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí 236 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 He II ìîëåêóëÿðíûìè è áëàãîðîäíûìè ãàçàìè, è îáøèðíàÿ áèáëèîãðàôèÿ ïî ýòîìó âîïðîñó ïðèâå- äåíû â ðàáîòå [10]. Ïî äàííûì ðåíòãåíîâñêèõ èññëåäîâàíèé, â õîëîäíîì ïàðå íàä ïîâåðõíîñòüþ He II áîëüøèíñòâî ïðèìåñíûõ ìîëåêóë è àòîìîâ îáúåäèíÿþòñÿ â êëàñòåðû ñðåäíèì äèàìåòðîì â íåñêîëüêî íàíîìåòðîâ, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ èçìåðå- íèÿìè [6]. Ñðåäíèå ðàçìåðû òâåðäûõ ÷àñòèö â ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòàõ áëàãîðîäíûõ ãàçîâ è àçîòà â He II äîñòèãàþò 2–6 íì. Ñóäÿ ïî ïîãëîùåíèþ óëüòðàçâóêà, õàðàêòåðíûå ðàçìåðû ïîð â ýòèõ êîíäåíñàòàõ ðàñïðåäåëåíû â áîëåå øèðîêîì äèàïàçîíå îò ∼ 8 äî ∼ 800 íì. Õîðîøî çàðåêîìåíäîâàâøàÿ ñåáÿ â ýêñïåðè- ìåíòàõ ñ ìîëåêóëÿðíûìè è áëàãîðîäíûìè ãàçàìè ìåòîäèêà ïðèãîòîâëåíèÿ ïðèìåñíûõ êîíäåíñàòîâ [7–10] îêàçàëàñü íåïðèãîäíîé äëÿ ðàáîòû ñ âåùå- ñòâàìè, òðîéíàÿ òî÷êà êîòîðûõ ìíîãî âûøå òðîé- íîé òî÷êè àçîòà, òàê êàê ïðèìåñü êîíäåíñèðîâà- ëàñü íà äíå ãàçîðàçðÿäíîé òðóáêè è áûñòðî çàáèâàëà âûõîäíîå ñîïëî, îáäóâàåìîå ïàðàìè æèäêîãî ãåëèÿ. Êðîìå òîãî, â ïðîöåññå ïðèãîòîâ- ëåíèÿ îáðàçöà ïîä äåéñòâèåì ïëîòíîé ãàçîâîé ñòðóè íà ïîâåðõíîñòè He II è â îáúåìå æèäêîñòè âîçíèêàëè ñèëüíûå êîíâåêòèâíûå ïîòîêè, ÷òî ïðèâîäèëî ê èíòåíñèâíîìó ïåðåìåøèâàíèþ æèä- êîñòè è ìîãëî ñóùåñòâåííî ñêàçàòüñÿ íà ñâîéñòâàõ ôîðìèðóþùåãîñÿ ïðèìåñü-ãåëèåâîãî êîíäåíñàòà. Ïîýòîìó ïðè ïîñòàíîâêå èññëåäîâàíèé ñâîéñòâ êîíäåíñàòîâ ñèëüíî- (âîäà) èëè ñëàáî- (ñïèðò) ïîëÿðíûõ æèäêîñòåé [1–4] ìû çàìåíèëè äèññîöè- àòîð øèðîêîé ñòåêëÿííîé òðóáêîé âíóòðåííèì äèàìåòðîì 9 ìì, íèæíÿÿ ÷àñòü êîòîðîé çàïîëíÿ- ëàñü ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì è ñëóæèëà ðàáî÷åé ÿ÷åéêîé äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàçöà. Ïîïûòêà íàáëþäåíèÿ íîâîé ôîðìû êîíäåíñè- ðîâàííîé âîäû ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ — ïðî- ïèòàííîãî He II ïîðèñòîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòà — ïðåäñòàâëÿëàñü íàì î÷åíü èíòåðåñíîé è âàæ- íîé äëÿ ðàçâèòèÿ êàê ôèçèêè êîíäåíñèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ, òàê è íàóêè î ïðèðîäå â öåëîì, ïî- ñêîëüêó âîäà — îäíî èç íàèáîëåå âàæíûõ âå- ùåñòâ â æèâîé ïðèðîäå, îáíàðóæåíèå ñëåäîâ âîäû â òîé èëè èíîé ôîðìå âî Âñåëåííîé ñëóæèò óêàçàíèåì íà âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ æèçíè íà äàëåêèõ ïëàíåòàõ. Èç ðàñ÷åòîâ [11] ñëåäîâàëî, ÷òî äàæå ïðè êîìíàòíûõ òåìïåðàòóðàõ ìîëåêóëû H2O â íàñûùåííîì ïàðå íàä æèäêîñòüþ äîëæíû îáúåäèíÿòüñÿ â êëàñòåðû. Çàõâàò âîäÿíûõ êëàñòå- ðîâ, ñîñòîÿùèõ èç íåñêîëüêèõ ìîëåêóë — ëèíåé- íûõ èçîìåðíûõ öåïî÷åê òèïà (H2O)N ïðè N ≤ 6 èëè òðåõìåðíûõ «êîðçèíî÷åê» (cages) ïðè N > 6, êàïëÿìè He II äèàìåòðîì îêîëî 50 íì, êîòîðûå ïðîëåòàëè ÷åðåç ñîñóä, ñîäåðæàùèé ïàðû âîäû, óäàëîñü íàáëþäàòü â ýêñïåðèìåíòàõ [12]. Ïîâåäå- íèå âîäÿíûõ êëàñòåðîâ ïðè ñëèÿíèè êàïåëü He II àâòîðû [12], ê ñîæàëåíèþ, íå èññëåäîâàëè. Îäíà- êî, âîñïîëüçîâàâøèñü ðåçóëüòàòàìè ðàáîò [5–12], ðàçóìíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ââîäèìûå â ðàáî÷óþ ÿ÷åéêó ñ ïîòîêîì ãàçîîáðàçíîãî 4He îäèíî÷íûå ìîëåêóëû H2O è êëàñòåðû ìàëûõ ðàçìåðîâ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ïàð–ñâåðõòåêó÷èé He II ñëèïà- þòñÿ â íàíî÷àñòèöû õàðàêòåðíûìè ðàçìåðàìè ïî- ðÿäêà íåñêîëüêèõ íàíîìåòðîâ. Èçâåñòíî, ÷òî â He II íåéòðàëüíûå ïðèìåñíûå ÷àñòèöû (çà èñêëþ- ÷åíèåì ïðèìåñåé ùåëî÷íûõ è ùåëî÷íîçåìåëüíûõ ìåòàëëîâ) îêðóæåíû îäíèì–äâóìÿ ñëîÿìè îòâåð- äåâøåãî ãåëèÿ. Ïîýòîìó åñòü îñíîâàíèÿ ïðåäïîëà- ãàòü, ÷òî îñòîâ íàêàïëèâàþùåãîñÿ ïîä ïîâåðõ- íîñòüþ He II ïîðèñòîãî ïðèìåñíîãî êîíäåíñàòà ñîñòîèò èç âîäÿíûõ íàíî÷àñòèö (íàíîêëàñòåðîâ), îêðóæåííûõ ñëîåì îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ. Ïîñêîëü- êó ýòè òâåðäûå ÷àñòèöû è îêðóæàþùàÿ èõ ñâåðõ- òåêó÷àÿ æèäêîñòü ñèëüíî âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé è ïåðâîíà÷àëüíî îáðàçóþò ïðîçðà÷íûé æå- ëåîáðàçíûé ñëîé êîíäåíñàòà, êîòîðûé âïîñëåäñò- âèè òðàíñôîðìèðóåòñÿ â áîëåå ïëîòíûé àéñáåðã, åñòåñòâåííî íàçâàòü ýòîò êîíäåíñàò âîäÿíûì ãåëåì. Ñóùåñòâåííîå îòëè÷èå âîäÿíîãî ãåëÿ è ïðè- ìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñàòîâ ìîëåêóëÿðíûõ è áëà- ãîðîäíûõ ãàçîâ â He II îò âûñîêîïîðèñòîãî àýðî- ãåëÿ, êîòîðûé øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçó÷åíèè îñîáåííîñòåé ïîâåäåíèÿ ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè â îãðàíè÷åííîé ãåîìåòðèè, ñîñòîèò â ñëåäóþùåì: ñâîéñòâà ñâåæåïðèãîòîâëåííîãî ïðèìåñíîãî îá- ðàçöà ìîãóò çàìåòíî èçìåíÿòüñÿ ñî âðåìåíåì èëè ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû He II; ðàçìåðû ïîð ìåæäó òâåðäûìè ÷àñòèöàìè ëåæàò â øèðîêèõ ïðå- äåëàõ îò åäèíèö äî íåñêîëüêèõ ñîòåí íàíîìåòðîâ, à îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ îáðàçöà îãðàíè÷åíà íèç- êèìè òåìïåðàòóðàìè. 1. Ìåòîäèêà ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ Êîíñòðóêöèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé ÷àñòè ïðè- áîðà ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíà íà ðèñ. 1. Ãàçîâàÿ ñìåñü, ñîäåðæàùàÿ îêîëî 3% ïðèìåñè ìîëåêóë H2O â 4He, èç íàðóæíîé ñèñòåìû çàïîëíåíèÿ 8 ïîñòóïàåò â ðàáî÷óþ ÿ÷åéêó 1, ïðèãîòîâëåííóþ èç ñòåêëÿííîé òðóáêè âíóòðåííèì äèàìåòðîì 9 ìì, êîòîðàÿ çàêàí÷èâàåòñÿ îòâåðñòèåì äèàìåòðîì 1,5 ìì. Íèæíÿÿ ÷àñòü òðóáêè íàõîäèòñÿ â ñòåê- ëÿííîé ïðîáèðêå 2. Ïðèáîð ðàñïîëîæåí âíóòðè ñòåêëÿííîãî ãåëèåâîãî äüþàðà 5. Ãåðìàíèåâûå òåðìîìåòðû 3 è 4 ïîçâîëÿþò êîíòðîëèðîâàòü ðàñ- ïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû âäîëü ÿ÷åéêè è íà äíå ïðîáèðêè. Ïðîáèðêó è ÿ÷åéêó ìîæíî ïåðèîäè÷åñ- êè çàïîëíÿòü ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòüþ èç íàðóæ- Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4He Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 237 íîé ãåëèåâîé âàííû ïðè ïîìîùè òåïëîâîãî íàñîñà 6. Ãàçîîáðàçíûé 4He ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû êîí- äåíñèðóåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè He II â ÿ÷åéêå 1. Ïîìèìî âèçóàëüíûõ íàáëþäåíèé çà ïðîöåññàìè, ïðîèñõîäÿùèìè â ÿ÷åéêå ïðè íàáîðå ïðèìåñè è îòîãðåâå êîíäåíñàòà, õîä ýêñïåðèìåíòà ìîæíî ðå- ãèñòðèðîâàòü ïðè ïîìîùè óñòàíîâëåííîé ñíàðóæè âèäåîêàìåðû, ñîåäèíåííîé ñ ìîíèòîðîì è êîì- ïüþòåðîì. Ïåðåä íà÷àëîì ýêñïåðèìåíòà òåìïåðàòóðó æèä- êîãî 4He â äüþàðå ïîíèæàëè äî T ≈ 1,4 Ê îòêà÷- êîé ïàðîâ ãåëèÿ ÷åðåç âåíòèëü 9. Äëÿ êîíòðîëÿ çà ñêîðîñòüþ íàáîðà ãàçîâîãî ïîòîêà èñïîëüçîâàëè äèôôåðåíöèàëüíûé ìàíîìåòð 7, êîòîðûé ïîçâî- ëÿåò èçìåðÿòü ðàçíîñòü äàâëåíèé ãàçà â òðóáêå 1 è â äüþàðå 5 è ïðè íåîáõîäèìîñòè ñîåäèíÿòü ÿ÷åéêó ñ íàðóæíîé ãåëèåâîé âàííîé äëÿ âûðàâíè- âàíèÿ äàâëåíèé. Êàê ïîêàçàëè íàáëþäåíèÿ, â îï- òèìàëüíîì ðåæèìå íàáîðà ðàçíîñòü äàâëåíèé â ÿ÷åéêå è íàðóæíîì äüþàðå ∆P ñîñòàâëÿëà ≈ 0,2 Òîðð, ÷òî ñîîòâåòñòâîâàëî ñðåäíåé ñêîðîñòè íàáîðà ãàçà ∼ 1 ñì3/ñ ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ. Òåìïåðàòóðà He II â ÿ÷åéêå â ïðîöåññå íàáîðà ïîâûøàëàñü ìåíåå ÷åì íà 0,03 Ê ïî ñðàâíåíèþ ñ íà÷àëüíîé. Òåïëî, âûäåëÿåìîå ïðè êîíäåíñàöèè ãàçîâîãî ïîòîêà íà ïîâåðõíîñòè He II (∼ 5 ìÂò), îòâîäèëîñü íàðóæó çà ñ÷åò èñïàðåíèÿ ãåëèÿ èç ïðîáèðêè 2. Ïðè âðåìåíè íàáîðà ñìåñè t ≤ 15 ìèí â ðàáî÷óþ ÿ÷åéêó ïîñòóïàëî ≤ 1022 ìîëåêóë H2O. Ïðè ýòîì çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ïðèìåñè (ïî íàøèì îöåíêàì, áîëåå 90%) êîíäåíñèðîâàëàñü â âåðõíåé ÷àñòè òðóáêè â âèäå íåñêîëüêèõ îòäåëü- íûõ ëåäÿíûõ êîëåö, ðàçäåëåííûõ ïðîçðà÷íûìè ïîÿñêàìè. Ïî-âèäèìîìó, êàæäîìó èç êîëåö ñîîò- âåòñòâóåò ëåä ðàçëè÷íîé ñòðóêòóðû: èçâåñò- íî [13], ÷òî â òðîéíîé òî÷êå ëåä èìååò ãåêñàãî- íàëüíóþ ñòðóêòóðó, à ïðè íàïûëåíèè âîäû â âàêóóìå íà ïîäëîæêó, îõëàæäåííóþ íèæå àçîò- íûõ òåìïåðàòóð, îáðàçóåòñÿ ñëîé àìîðôíîãî ëüäà. Ñòðóêòóðó îáðàçöîâ, îáðàçóþùèõñÿ ïðè êîíäåíñàöèè âîäÿíûõ êëàñòåðîâ íà îõëàæäåííîé íèæå 4 Ê ïîäëîæêå, òåì áîëåå íà ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè, ðàíåå íå èññëåäîâàëè. Ïðè îïòèìàëüíîì ðåæèìå íàáîðà ãàçà (∆P ∼ 0,2 Òîðð, T ∼ 1,4 Ê) ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîãî ãåëèÿ îáðàçóåòñÿ ïðîçðà÷íûé â âèäèìîì ñâåòå æåëåîáðàçíûé ñëîé (îáëàêî) êîíäåíñàòà, êîòîðûé ìåäëåííî ( ≤ 0,5 ìì/ìèí) äðåéôóåò âíèç âäîëü ñòåíîê òðóáêè. Íàáîð, êàê ïðàâèëî, ïðåêðàùàëè, êîãäà ñðåäíÿÿ òîëùèíà ñëîÿ äîñòè- ãàëà 3–5 ìì. Ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå â ÿ÷åé- êå îáëàêî íåïîäâèæíî «ïîâèñàëî» íà ñòåíêàõ íà ãëóáèíå ∼ 1 ñì ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè. Ôîðìà ïðèìåñíîãî îáðàçöà ñî âðåìåíåì (∼ 10 ìèí) òðàíñôîðìèðîâàëàñü îò îáëàêà ñ èç- ìåíÿþùåéñÿ â ïðîöåññå ïåðåìåùåíèÿ ôîðìîé ê áîëåå ïëîòíîìó, ñóäÿ ïî óìåíüøåíèþ ïðîïóñêà- íèÿ ñâåòà, ïðàêòè÷åñêè íåïîäâèæíîìó «àéñáåðãó» îâàëüíîé ôîðìû ñðåäíèì äèàìåòðîì, áëèçêèì ê äèàìåòðó òðóáêè (∼ 9 ìì), ïîäâåøåííîìó íà ñòåíêàõ ÿ÷åéêè. Îá èçìåíåíèè ôîðìû îäíîãî èç àéñáåðãîâ â æèäêîì ãåëèè, îáóñëîâëåííîì ïî- âûøåíèåì òåìïåðàòóðû, ìîæíî ñóäèòü ïî ñåðèè ôîòîãðàôèé, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 2. Ïîâòîðÿÿ íàáîð, ìîæíî áûëî ïðèãîòîâèòü 3–4 àéñáåðãà, ðàñïîëàãàâøèõñÿ äðóã íàä äðóãîì âíóòðè ÿ÷åéêè, ïðè ýòîì ñîïðèêàñàþùèåñÿ êðàÿ àéñáåðãîâ «íå ñëèïàëèñü» ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû æèäêîñ- òè èëè ïðè èçâëå÷åíèè àéñáåðãîâ èç He II. 2. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå 2.1. Ýâîëþöèÿ àéñáåðãîâ â ñâåðõòåêó÷åì He II è â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå Tλ Ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå T < 1,6 Ê ôîðìà íåïîäâèæíîãî àéñáåðãà â He II ïðàêòè÷åñêè íå Ðèñ. 1. Ñõåìà íèçêîòåìïåðàòóðíîé ÷àñòè ïðèáîðà. 1 — ñòåêëÿííàÿ ÿ÷åéêà; 2 — íàðóæíàÿ ïðîáèðêà; 3 — ìåòàëëè÷åñêàÿ èãëà ñ òåðìîìåòðàìè; 4 — ãåðìàíèåâûé òåðìîìåòð; 5 — ñòåêëÿííûé ãåëèåâûé äüþàð; 6 — òåð- ìîìåõàíè÷åñêèé íàñîñ; 7 — äèôôåðåíöèàëüíûé ìàíî- ìåòð; 8 — ëèíèÿ ââîäà ãàçîâîé ñìåñè; 9 — ëèíèÿ îò- êà÷êè ïàðîâ ãåëèÿ èç äüþàðà. À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí 238 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 èçìåíÿëàñü â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ÷àñîâ. Ñ ïî- âûøåíèåì òåìïåðàòóðû He II ñâûøå 1,6 Ê ñðåä- íèé äèàìåòð àéñáåðãîâ ìîíîòîííî óìåíüøàëñÿ, àéñáåðãè ñòàíîâèëèñü áîëåå ïëîòíûìè, ñóäÿ ïî óìåíüøåíèþ ïðîïóñêàíèÿ ñâåòà. Ýòî ñîïðîâîæäà- ëîñü ïîâîðîòàìè è ñìåùåíèåì àéñáåðãîâ îâàëüíîé ôîðìû â ãëóáü ÿ÷åéêè äî òåõ ïîð, ïîêà íèæíèé èç àéñáåðãîâ, åñëè èõ áûëî íåñêîëüêî, íå ïîâèñàë íà âåðõíåì òîðöå èãëû, íà êîòîðîé êðåïÿòñÿ òåð- ìîìåòðû 3 â ÿ÷åéêå, èëè íà îäíîì èç òåðìîìåò- ðîâ, ïðåæäå ÷åì îïóñòèòüñÿ íà äíî ÿ÷åéêè, ò.å. ñðåäíèé äèàìåòð àéñáåðãîâ ïîñòåïåííî óìåíüøàë- ñÿ îò ∼ 9 äî ∼ 6 ìì. Äëÿ ñðàâíåíèÿ íàïîìíèì, ÷òî â ñëó÷àå ïðè- ìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ èç áëàãîðîäíûõ è ìîëå- êóëÿðíûõ ãàçîâ [10] ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû He II âûøå 1,6 Ê òàêæå ñîïðîâîæäàëîñü íåîáðà- òèìûìè èçìåíåíèÿìè ñâîéñòâ îáðàçöîâ, â ÷àñò- íîñòè ðîñòîì êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ óëüòðà- çâóêà è óâåëè÷åíèåì ñðåäíèõ ðàçìåðîâ íàíî÷àñ- òèö, îáðàçóþùèõ òâåðäûé îñòîâ ïîðèñòîãî êîíäåíñàòà, ñóäÿ ïî ðåíòãåíîâñêèì èçìåðåíèÿì. Óâåëè÷åíèå ðàçìåðîâ òâåðäûõ ÷àñòèö êîíäåíñàòà àâòîðû [10] ñâÿçûâàþò ñ ïîâûøåíèåì êîýôôèöè- åíòà äèôôóçèè àòîìîâ 4He â ñëîå îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ âîêðóã ïðèìåñíîé ÷àñòèöû è ïîâåðõíîñòíîé äèôôóçèåé ïðèìåñíûõ ìîëåêóë èëè àòîìîâ, ñïî- ñîáñòâóþùåé îáúåäèíåíèþ êëàñòåðîâ ìàëûõ ðàç- ìåðîâ â áîëåå êðóïíûå àãðåãàòû. Êàê áûëî îòìå÷åíî â ïóáëèêàöèÿõ [1–3], ïðè ïëàâíîì (∼ 0,1 ìì/ìèí) ïîíèæåíèè óðîâíÿ He II â ÿ÷åéêå ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå T < 1,6 Ê â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ ìèíóò ìîæíî íà- áëþäàòü âûñòóïàþùèé íàä ïîâåðõíîñòüþ He II âåðõíèé êðàé íåïîäâèæíî âèñÿùåãî àéñáåðãà. Çàòåì àéñáåðã ñêà÷êîì ñìåùàåòñÿ (íûðÿåò) âíèç è ïîâèñàåò âíîâü ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè. Íàì óäàëîñü íàáëþäàòü äî øåñòè ïîñëåäîâàòåëü- íûõ ïðûæêîâ àéñáåðãà ïðè ïîíèæåíèè óðîâíÿ æèäêîñòè. Ïðûæêè àéñáåðãîâ ñîïðîâîæäàëèñü íåáîëüøèìè ñêà÷êàìè äàâëåíèÿ â ÿ÷åéêå (∆P ≤ 1 Òîðð), íî òåìïåðàòóðà He II ïðè ýòîì ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿëàñü, ò.å. ïðè÷èíîé ïðûæ- êîâ áûëî èñòå÷åíèå õîëîäíîãî ãàçà ñ ïîâåðõíîñòè îáðàçöà, ïîäîãðåâàåìîãî âíåøíèì èñòî÷íèêîì ñâåòà. Äëÿ óìåíüøåíèÿ àìïëèòóäû ïîäîáíûõ ñêà÷êîâ äàâëåíèÿ ïî îêîí÷àíèè íàáîðà ãàçîâîé ïðèìåñè îáà âõîäà äèôôåðåíöèàëüíîãî ìàíîìåò- ðà 7 (ðèñ. 1) ñîåäèíÿëèñü ñ íàðóæíîé âàííîé. Åùå áîëåå ñèëüíûé ïîòîê ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ íàáëþäàëñÿ ïðè ìåäëåííîì ïîâûøåíèè òåìïåðà- òóðû ñâåæåèçâëå÷åííûõ èç He II ïðè T ∼ 1,4 Ê àéñáåðãîâ, êîòîðûå ðàñïîëàãàëèñü ê òîìó âðåìåíè îäèí íàä äðóãèì âäîëü èãëû ñ òåðìîìåòðàìè 3 íàä ïîâåðõíîñòüþ ñëîÿ æèäêîñòè, îñòàâàâøåéñÿ íà äíå ÿ÷åéêè. Ïîêà óðîâåíü He II â íàðóæíîé ïðîáèðêå 2 áûë âûøå èëè êàñàëñÿ äíà ÿ÷åéêè 1, ñêâîçü ñëîé æèäêîñòè ïåðèîäè÷åñêè ïðîñêàêèâà- ëè ïóçûðüêè ãàçà, âûõîäÿùåãî èç îòâåðñòèÿ íà äíå ÿ÷åéêè. Êîãäà óðîâåíü æèäêîñòè îòðûâàëñÿ îò äíà ÿ÷åéêè, íà ìàëûõ ðàññòîÿíèÿõ (0,5–2 ìì) îò âûõîäíîãî îòâåðñòèÿ íà ïëîñêîé ïîâåðõíîñòè He II áûë âèäåí ÷åòêî âûðàæåííûé êîíóñ ãëóáè- íîé ∼ 1 ìì, ÷òî óêàçûâàëî íà ñóùåñòâîâàíèå ñèëüíîé ãàçîâîé ñòðóè, âûõîäÿùåé èç ÿ÷åéêè. Â ýòî âðåìÿ òåìïåðàòóðà àéñáåðãîâ, ïîäîãðåâàåìûõ âíåøíèì îñâåòèòåëåì, ìîíîòîííî âîçðàñòàëà îò 1,4 äî ∼ 1,6 Ê, ïðè÷åì ïîêàçàíèÿ âåðõíåãî è íèæ- íåãî òåðìîìåòðîâ âíóòðè ÿ÷åéêè ïðàêòè÷åñêè ñî- âïàäàëè. Åñëè âíîâü çàïîëíèòü ÿ÷åéêó He II ïðè òåìïåðàòóðå ∼ 1,4 Ê, òî ïðè ïîñëåäóþùåì ïî- Ðèñ. 2. Ýâîëþöèÿ ñî âðåìåíåì ôîðìû àéñáåðãà â æèä- êîì ãåëèè. Âåðõíèé ðÿä. Ìîíîòîííîå ïîíèæåíèå óðîâíÿ He II â ÿ÷åéêå ïðè T = 1,4 Ê. Àéñáåðã ñìåùà- åòñÿ â ãëóáü æèäêîñòè ñêà÷êàìè (ñì. ïåðâûé êàäð). Íèæíèé ðÿä. Òðè ëåâûõ êàäðà ñíÿòû ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû â He II (T ≤ Tλ). Äâà ïðàâûõ êàäðà — ýâîëþöèÿ ôîðìû àéñáåðãà â He I ïðè ìåäëåííîì ïî- âûøåíèè òåìïåðàòóðû âáëèçè T ≈ 2,3 Ê è äàâëåíèè, áëèçêîì ê äàâëåíèþ íàñûùåííûõ ïàðîâ. Öèôðû óêà- çûâàþò âðåìÿ ñúåìêè êàäðîâ. Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4He Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 239 íèæåíèè óðîâíÿ æèäêîñòè ýòè íàáëþäåíèÿ õîðî- øî âîñïðîèçâîäÿòñÿ (õîòÿ àéñáåðãè íå âñïëûâàþò âñëåä çà ïîäíèìàþùèìñÿ óðîâíåì He II). Ïðè äàëüíåéøåì ïîíèæåíèè óðîâíÿ He II â íàðóæíîé ïðîáèðêå òåìïåðàòóðà àéñáåðãîâ è îê- ðóæàþùåãî èõ ãàçà â ÿ÷åéêå ïðîäîëæàëà ìî- íîòîííî âîçðàñòàòü âïëîòü äî T = 1,8 Ê. Âûøå 1,8 Ê ïîêàçàíèÿ òåðìîìåòðîâ íà÷èíàëè çàìåòíî ðàñõîäèòüñÿ, áûñòðåå íàãðåâàëñÿ òîò èç òåðìîìåò- ðîâ, êîòîðûé íåïîñðåäñòâåííî íå êîíòàêòèðîâàë íè ñ îäíèì èç àéñáåðãîâ. Â èíòåðâàëå òåìïåpàòóp 1,8–2,2 Ê òåðìîìåòð, íà êîòîðûé îïèðàëñÿ êàêîé- ëèáî èç àéñáåðãîâ, ðåãèñòðèðîâàë ðåçêèå ñêà÷êè òåìïåðàòóðû àìïëèòóäîé ∆T ∼ 0,3 Ê, ñîïðîâîæ- äàåìûå ðàñïàäîì àéñáåðãîâ. Âûøå 2,2 Ê òåìïåðà- òóðà ãàçà âíóòðè ÿ÷åéêè äîâîëüíî áûñòðî ïîâû- øàëàñü äî T ≥ 4 Ê, ïðè ýòîì ïîêàçàíèÿ îáîèõ òåðìîìåòðîâ 3 âíîâü ñîâïàäàëè. Ðàñïàä àéñáåðãîâ ñîïðîâîæäàëñÿ îáðàçîâàíèåì ìåëêîäèñïåðñíîãî ïîðîøêà (ïî-âèäèìîìó, àìîðôíîãî ëüäà [13]), êîòîðûé ñîáèðàëñÿ íà äíå ÿ÷åéêè. Ñóììàðíûé îáúåì ïîðîøêà áûë ïî÷òè íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå îáúåìà èñõîäíûõ àéñáåðãîâ. Îòñþäà ëåãêî îöå- íèòü, ÷òî áîëåå 97% âèäèìîãî îáúåìà àéñáåðãà ïðèõîäèòñÿ íà òâåðäûé è æèäêèé ãåëèé, ò.å. ñóì- ìàðíîå ñîäåðæàíèå âîäû â îáúåìå èñõîäíîãî àéñ- áåðãà áûëî ≤ 1020 ìîëåêóë H2O/ñì3. Ïðîäîëæàÿ ñðàâíåíèå ñ ïðèìåñü-ãåëèåâûìè êîíäåíñàòàìè áëàãîðîäíûõ è ìîëåêóëÿðíûõ ãà- çîâ [10], îòìåòèì, ÷òî îáðàçöû èç ýòèõ êîíäåíñà- òîâ íå ðàçðóøàëèñü ïðè îòîãðåâå èõ â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî 4He äî T ≥ 7 Ê, à ïîñëåäóþ- ùèé ðàñïàä îáðàçöîâ ñîïðîâîæäàëñÿ ñóáëèìà- öèåé ïðèìåñè, ò.å. ñòðóêòóðà è îáëàñòü ñóùåñòâî- âàíèÿ ýòèõ îáðàçöîâ ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ îò ñîîòâåòñòâóþùèõ õàðàêòåðèñòèê âîäÿíîãî ãåëÿ. Ïîìèìî ðàçíèöû â ñîñòàâå ïðèìåñíûõ ÷àñòèö ýòî ìîæåò áûòü ñâÿçàíî è ñ ðàçíèöåé â ìåòîäèêå ïðèãîòîâëåíèÿ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ îáðàçöîâ. 2.2. Àéñáåðãè â íîðìàëüíîé æèäêîñòè Íàáëþäåíèÿ çà ýâîëþöèåé ôîðìû àéñáåðãîâ â îáúåìå æèäêîãî ãåëèÿ ïîêàçàëè, ÷òî àéñáåðãè ìîãóò ñóùåñòâîâàòü è ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå Tλ (ñì. ðèñ. 2, äâà ïîñëåäíèõ êàäðà â íèæíåì ðÿäó). Ïîýòîìó ðàñïàä îáðàçöîâ âîäÿíîãî êîíäåíñàòà ïðè íàãðåâå â ãàçîâîé àòìîñôåðå ïðè T ≥ 1,8 Ê íåëüçÿ ñâÿçûâàòü òîëüêî ñ ïåðåõîäîì æèäêîãî ãåëèÿ â ïîðàõ èç ñâåðõòåêó÷åãî He II â íîðìàëü- íîå He I ñîñòîÿíèå è, ñîîòâåòñòâåííî, íåîäíîðîä- íûì íàãðåâîì ïîâåðõíîñòè ïîðèñòûõ îáðàçöîâ, îñâåùàåìûõ íàðóæíûì èñòî÷íèêîì, èç-çà ìíîãî- êðàòíîãî ïàäåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè æèäêîãî ãåëèÿ â ïîðàõ. Áîëåå òîãî, îêàçàëîñü, ÷òî òåìïå- ðàòóðà Td , ïðè êîòîðîé íàáëþäàåòñÿ áûñòðûé ðàñïàä àéñáåðãîâ â He I, ñèëüíî çàâèñèò îò äàâëå- íèÿ ïàðîâ Ð íàä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè. Íà- ïîìíèì, ÷òî ïëîòíîñòü æèäêîãî ãåëèÿ ìàêñèìàëü- íà ïðè òåìïåpàòópå ïðèìåðíî íà 0,003 Ê âûøå Tλ , à òåïëîïðîâîäíîñòü íîðìàëüíîé æèäêîñòè ñòîëü ìàëà, ÷òî ïðè íàïóñêå â íàðóæíóþ âàííó òåïëîãî ãàçà èç íàðóæíîé ñåòè ðàçíèöà òåìïåðà- òóð âäîëü ñòîëáà æèäêîãî He I íà äíå ÿ÷åéêå è íà ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè ìîæåò äîñòèãàòü ∼ 2 Ê. Ýòî ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü îáëàñòü ñóùåñòâîâà- íèÿ âîäÿíîãî ãåëÿ â íîðìàëüíîé æèäêîñòè ïðè ðàçëè÷íûõ äàâëåíèÿõ. Íàáëþäåíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïðè äàâëåíèè P ≈ 150 Òîðð áûñòðûé ðàñïàä àéñ- áåðãîâ íà÷èíàåòñÿ ïðè Td ≈ 2,5 Ê, à ñ ïîâûøåíè- åì íàðóæíîãî äàâëåíèÿ äî P ≈ 760 Òîðð òåìïåðà- òóðà ðàñïàäà àéñáåðãîâ âîçðàñòàåò äî Td ≈ 4 Ê. Ðåçóëüòàòû èçó÷åíèÿ îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ âîäÿíîãî ãåëÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 3. Ñïëîøíàÿ êðèâàÿ íà Ð–Ò-äèàãðàììå î÷åð÷èâàåò îáëàñòü ñó- ùåñòâîâàíèÿ æèäêîãî 4He ïðè ðàâíîâåñíîì äàâ- ëåíèè ïàðîâ. Òåìíûìè êðóæêàìè óêàçàíà òåì- ïåðàòóðà ïåðåõîäà æèäêîñòè èç íîðìàëüíîãî â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå Tλ ïðè ðàçëè÷íûõ äàâëå- íèÿõ. Ïåðåâåðíóòûå òðåóãîëüíèêè ñîîòâåòñòâóþò òåìïåðàòóðàì ðàñïàäà ãåëÿ â ãàçîîáðàçíîì ãåëèè (1,8 Ê) è â íîðìàëüíîé æèäêîñòè. Êðåñòèêè, ñî- åäèíÿþùèå òðåóãîëüíèêè, ïðèâåäåíû äëÿ óäîáñò- âà îöåíêè îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ âîäÿíîãî ãåëÿ. Â êîíöå ïðåäûäóùåãî ðàçäåëà ìû óêàçûâàëè, ÷òî Ðèñ. 3. P−T-ôàçîâàÿ äèàãðàììà. Îáëàñòü ñóùåñòâî- âàíèÿ àéñáåðãîâ. Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ îïèñûâàåò ïåðå- õîä æèäêîñòü–ïàð ïðè ðàâíîâåñíîì äàâëåíèè ïàðîâ 4He. Òåìíûìè êðóæêàìè óêàçàíà îáëàñòü ïåðåõîäà æèäêîñòè èç íîðìàëüíîãî â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå. Ïåðåâåðíóòûå òðåóãîëüíèêè óêàçûâàþò òåìïåðàòóðû ðàñïàäà àéñáåðãîâ ïðè íàãðåâàíèè â àòìîñôåðå ãàçî- îáðàçíîãî 4He (1,8 Ê) è â îáúåìå He I ïðè äàâëåíèè â 150 Òîðð è ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè. À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí 240 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 ïðèìåñü-ãåëèåâûå îáðàçöû èç ìîëåêóëÿðíûõ è áëàãîðîäíûõ ãàçîâ íå ðàçðóøàþòñÿ ïðè îòîãðåâå äî ∼ 7 Ê, ò.å. îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ êîíäåíñà- òîâ, îáðàçóåìûõ ìîëåêóëÿðíûìè èëè áëàãîðîä- íûìè ãàçàìè è ïàðàìè âîäû, çàìåòíî ðàçëè÷íû. Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû æèäêîñòè â íàðóæ- íîé ïðîáèðêå è â ÿ÷åéêå âûøå Tλ ñîïðîâîæäà- ëîñü, êàê ïðàâèëî, âîçíèêíîâåíèåì íèçêî÷àñòîò- íûõ (∼ 10 Ãö) àêóñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé â ðàáî÷åé ÿ÷åéêå. Ïðè ýòîì îñöèëëÿöèè óðîâíÿ He I â ÿ÷åé- êå ñîïðîâîæäàëèñü âåðòèêàëüíûìè îñöèëëÿöèÿìè àéñáåðãà, îïèðàâøåãîñÿ íà âåðõíèé òîðåö èãëû, íà êîòîðîé êðåïèëèñü òåðìîìåòðû 3 (ðèñ. 1), ò.å. äâèæóùàÿñÿ íîðìàëüíàÿ æèäêîñòü óâëåêàëà çà ñîáîé àéñáåðã. Àìïëèòóäà êîëåáàíèé óðîâíÿ æèä- êîñòè â ÿ÷åéêå äîñòèãàëà ∼ 3 ìì, à àìïëèòóäà ñìåùåíèé àéñáåðãà äèàìåòðîì îêîëî 6 ìì áûëà ∼ 1 ìì. Åñëè ïðåíåáðå÷ü â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè òðåíèåì àéñáåðãà è æèäêîñòè î ñòåíêè ÿ÷åéêè (êîëåáëþùàÿñÿ âÿçêàÿ æèäêîñòü îáòåêàåò òâåð- äûé øàð, îïèðàþùèéñÿ íà èãëó), òî ïî ñîîòíîøå- íèþ àìïëèòóä ìîæíî îöåíèòü, ÷òî ïëîòíîñòü àéñ- áåðãà ρI â He I ïðè T ∼ 2,4 Ê íåçíà÷èòåëüíî âûøå ïëîòíîñòè îêðóæàþùåé æèäêîñòè: ∆ρ/ρL = (ρI − ρL)/ρL ∼ 0,01. Ïëîòíîñòü àéñáåðãà ìîæíî îöåíèòü è äðóãèì ñïîñîáîì, ïîëàãàÿ, ÷òî â ìîìåíò îòðûâà åãî îò ïîäëîæêè ñèëà òÿæåñòè óðàâíîâåøèâàåòñÿ âÿçêèìè ñèëàìè, òàêàÿ îöåíêà ïðèâîäèò ê ñîîòíîøåíèþ ∆ρ/ρL ≤ 0,1. Îáå ýòè îöåíêè ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ñîãëàñóþòñÿ ñ ïðè- âîäèìîé âûøå îöåíêîé ñóììàðíîãî ñîäåðæàíèÿ âîäû ( ≤ 1020 ìîëåêóë/ñì3) â àéñáåðãå. Íà ñî- âïàäåíèå îöåíîê ëó÷øå ÷åì ïî ïîðÿäêó âåëè÷èíû ðàññ÷èòûâàòü íå ïðèõîäèòñÿ, ïîñêîëüêó äèàìåòð àéñáåðãà óìåíüøàåòñÿ ïî÷òè â 1,5 ðàçà îò ∼ 9 äî ∼ 6 ìì ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû æèäêîñòè îò 1,4 äî 2,4 Ê. Îäíîâðåìåííî ñ èçìåíåíèåì âèäè- ìîãî îáúåìà ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè ìîæåò íå- ñêîëüêî âîçðàñòàòü ðàçìåð ïðèìåñíûõ ÷àñòèö è, ñîîòâåòñòâåííî, èçìåíÿòüñÿ âêëàä â âåëè÷èíó ∆ρ òâåðäîãî ñëîÿ âîêðóã íàíî÷àñòèö, òåì áîëåå ÷òî äàâëåíèå çàòâåðäåâàíèÿ æèäêîñòè ñ ïîíèæåíèåì òåìïåðàòóðû îò 2,4 äî 1,4 Ê ïàäàåò ïî÷òè âäâîå, à ïëîòíîñòü òâåðäîãî 4He íà ëèíèè ïëàâëåíèÿ ïðè- ìåðíî â 1,4 ðàçà âûøå ïëîòíîñòè ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ ρL ïðè äàâëåíèè íàñûùåííûõ ïàðîâ. Â ëþáîì âàðèàíòå ïëîòíîñòü ïëàâàþùåãî â He II àéñáåðãà ïðèìåðíî â 1,3 ðàçà ìåíüøå ïëîò- íîñòè òâåðäîãî ãåëèÿ. Íåóäèâèòåëüíî ïîýòîìó, ÷òî ãåëèåâûå êðèñòàëëû, îáðàçóþùèåñÿ ïðè çà- òâåðäåâàíèè ñæàòîãî âûøå 25 àòì ÷èñòîãî He II, îòðûâàþòñÿ îò ñòåíîê è ïàäàþò íà äíî ýêñïåðè- ìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè, à àéñáåðãè ïîâèñàþò ïîä ïî- âåðõíîñòüþ æèäêîñòè. 2.3. ßâëåíèÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç Êàê ïðàâèëî, êîíäåíñàöèþ ïîòîêà ãàçà ìû ïðîâîäèëè ïðè ïîñòîÿííîì èëè ìåäëåííî ïîíè- æàþùåìñÿ ñî ñêîðîñòüþ < 10−1 ìì/ìèí óðîâíå He II â ðàáî÷åé ÿ÷åéêå ïðè ðàçíîñòè äàâëåíèé ∆P ∼ 0,2 Òîðð. Âðåìÿ íàáîðà ãàçîâîé ñìåñè, çà- òðà÷èâàåìîå íà ïðèãîòîâëåíèå æåëåîáðàçíîãî ñëîÿ êîíäåíñàòà òîëùèíîé ≤ 5 ìì, íå ïðåâû- øàëî 15 ìèí. Çàòåì íàáîð ïðåêðàùàëè, è ÷åðåç 10–15 ìèí ïîä ïîâåðõíîñòüþ He II ôîðìèðîâàëñÿ àéñáåðã. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ïðèãîòîâëåíèÿ íå- ñêîëüêèõ àéñáåðãîâ ïðîöåññ íàáîðà ãàçà ïîâ- òîðÿëè. Â ýòîì ðåæèìå ó÷àñòîê òðóáêè íàä ïî- âåðõíîñòüþ He II ïðîòÿæåííîñòüþ â íåñêîëüêî ñàíòèìåòðîâ îñòàâàëñÿ ïðîçðà÷íûì, õîòÿ â âåðõ- íåé ÷àñòè ñòåêëÿííîé òðóáêè ïîÿâëÿëèñü ìàòîâûå ïîÿñêè ëüäà. Ïðè áîëüøèõ äàâëåíèÿõ (∆P ≥ 0,6 Òîðð) èëè ïðè äëèòåëüíîì íàáîðå ãàçîâîé ñìåñè íàáëþäàå- ìàÿ íà ýêðàíå ìîíèòîðà ôîðìà ãðàíèöû ðàçäåëà ôàç â îáúåìå ÿ÷åéêè ñî âðåìåíåì çàìåòíî èçìåíÿ- ëàñü. Ïåðâîíà÷àëüíî ïëîñêàÿ ãðàíèöà (ïàð— He II) íà÷èíàëà çàìåòíî èñêðèâëÿòüñÿ, ò.å. ñëîé êîíäåíñàòà íàðàñòàë íå òîëüêî ïîä ïîâåðõíîñòüþ He II, íî è âäîëü ãðàíèöû ðàçäåëà ïàð—æèä- êîñòü. Ïðèìåð ýâîëþöèè ñî âðåìåíåì ôîðìû ãðà- íèöû ðàçäåëà ôàç ïðè ∆P ≈ 0,6 Òîðð è ïîñòî- ÿííîé òåìïåðàòóðå æèäêîñòè 1,4 Ê ïîêàçàí íà ðèñ. 4. Èçìåíåíèå ôîðìû ãðàíèöû óêàçûâàåò, ÷òî îò ñòåíîê ê öåíòðó ÿ÷åéêè íàðàñòàåò ïðîçðà÷íûé ñëîé ïðèìåñíîãî êîíäåíñàòà, õîðîøî ñìà÷èâàå- ìûé ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì. Åñëè âêëþ÷èòü íàñîñ 6 (ñì. ðèñ. 1) è ñêà÷êîì ïîâûñèòü óðîâåíü He II äî èñõîäíîãî ïîëîæåíèÿ, òî íàáëþäàåìàÿ íà ýêðàíå ìîíèòîðà ãðàíèöà âíîâü ñòàíåò ïëîñêîé (ãðàíèöà ïàð—He II). Ïðè ïîñëåäóþùåì ïëàâíîì ïîíèæå- íèè óðîâíÿ æèäêîñòè èçîãíóòûé ìåíèñê ïîÿâëÿ- åòñÿ âíîâü. Åñëè óðîâåíü æèäêîñòè îïóñòèòü ñêà÷êîì è âûäåðæàòü ñëîé «ñóõîãî» êîíäåíñàòà, îñâåùàåìîãî âíåøíèì èñòî÷íèêîì, â òå÷åíèå íå- ñêîëüêèõ ìèíóò â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ (êîíäåíñàò ïîãëîùàåò âèäèìûé ñâåò ãîðàçäî ñèëü- íåå, ÷åì ãåëèé èëè ñòåêëî, è ïîýòîìó áûñòðåå íàãðåâàåòñÿ), òî âìåñòî ïðîçðà÷íîãî îäíîðîäíîãî ñëîÿ íà ñòåêëÿííûõ ñòåíêàõ ïîÿâëÿþòñÿ îòäåëü- íûå êðóïèíêè ëüäà. Ïðè âîçâðàùåíèè óðîâíÿ æèäêîñòè â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ãðàíèöà ðàçäåëà ôàç âíîâü âûãëÿäèò ïëîñêîé, íî íà ñòåíêàõ ÿ÷åé- êè ïîä ïîâåðõíîñòüþ He II ÷åòêî ðàçëè÷àþòñÿ êðóïèíêè ëüäà, îáðàçîâàâøèåñÿ ïðè ðàñïàäå ñëîÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ìåòàñòàáèëüíûé ñëîé ïðè- ìåñíîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòà ñìà÷èâàåòñÿ He II ãîðàçäî ëó÷øå, ÷åì ñòåíêè ñòåêëÿííîé ÿ÷åéêè èëè ëåäÿíûå êðóïèíêè, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ íà ñòåí- Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4He Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 241 êàõ ïðè ðàñïàäå ïåðåãðåòîãî ñâåòîì êîíäåíñàòà. Â îòëè÷èå îò àéñáåðãà, ïëàâàþùåãî ïîä ïîâåðõíîñ- òüþ æèäêîñòè è ñëàáî âçàèìîäåéñòâóþùåãî ñî ñòåíêàìè ÿ÷åéêè, ñëîé êîíäåíñàòà, íàðàñòàþùåãî îò ñòåíîê ÿ÷åéêè âäîëü ãðàíèöû ðàçäåëà ôàç ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè íàáîðà ñìåñè, íå ñìåùàåòñÿ âíèç ïðè ïîíèæåíèè óðîâíÿ He II, à îáðàçóþùèå- ñÿ ïðè ðàñïàäå ñëîÿ ëåäÿíûå êðóïèíêè óäåðæèâà- þòñÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëÿííûõ ñòåíîê è íå ïàäàþò íà äíî ÿ÷åéêè. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè íàáîðà ñìåñè (∆P > 1 Òîðð) èëè ïðè èíòåíñèâíîì îñâå- ùåíèè ãðàíèöû ðàçäåëà ôàç ëàìïîé â ïîïûòêå óëó÷øèòü óñëîâèÿ íàáëþäåíèÿ çà ðîñòîì ñëîÿ êîíäåíñàòà áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî â ïðîöåññå êîí- äåíñàöèè ãàçîâîãî ïîòîêà íà ïîâåðõíîñòè æèäêîñ- òè îáðàçóþòñÿ ãàçîâûå ïóçûðüêè, ÷òî âûãëÿäèò êàê êèïåíèå íà ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷åé æèä- êîñòè. Ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü îáðàçîâàíèåì è ðàñ- ïàäîì ìåòàñòàáèëüíîãî ñëîÿ êîíäåíñàòà, ñîïðî- âîæäàþùèìñÿ âûäåëåíèåì äîâîëüíî áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ãàçîîáðàçíîãî 4He. Îäíîâðåìåííî íà ñòåíêàõ ÿ÷åéêè ïîÿâëÿþòñÿ ëåäÿíûå êðóïèíêè, ôîðìà è ðàñïîëîæåíèå êîòîðûõ ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿþòñÿ ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû äî 4,2 Ê è ïîñëåäóþùåì îõëàæäåíèè. Â ðÿäå ñëó÷àåâ ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè íàáîðà ïðèìåñè ìû íàáëþäàëè íåóïðàâëÿåìûé ðàñïàä ñëîÿ êîíäåíñàòà íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç, ñîïðî- âîæäàåìûé ñèëüíûìè ñêà÷êàìè äàâëåíèÿ â ÿ÷åé- êå (∆P âîçðàñòàëî äî 20 Òîðð), ÷òî ïðèâîäèëî ê âûäàâëèâàíèþ ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè âìåñòå ñ íàõîäèâøèìèñÿ â íåé àéñáåðãàìè èç ðàáî÷åé ÿ÷åéêè 1 â ïðîáèðêó 2. Ñóäÿ ïî ïîêàçàíèÿì òåð- ìîìåòðîâ 3 è 4, òåìïåðàòóðà æèäêîñòè ïðè ýòîì ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿëàñü. Ýêñòðóçèÿ àéñáåðãîâ ÷åðåç îòâåðñòèå äèàìåòðîì 1,5 ìì íà äíå ÿ÷åéêè ïðèâîäèëà ê ðàñïàäó, íà äíå ïðîáèðêè 2 â ñâåðõ- òåêó÷åì He II ïîÿâëÿëñÿ ìåëêîäèñïåðñíûé ïîðî- øîê, îáúåì êîòîðîãî áûë ìíîãî ìåíüøå îáúåìà èñõîäíîãî êîíäåíñàòà. Âñëåä çà ýòèì äàâëåíèå â ÿ÷åéêå è â íàðóæíîé ïðîáèðêå âûðàâíèâàëîñü, è He II èç ïðîáèðêè âíîâü âîçâðàùàëñÿ â ÿ÷åéêó 1. Êàê ïîêàçàëè êîíòðîëüíûå íàáëþäåíèÿ, ïî- âûøåíèå òåìïåðàòóðû æèäêîñòè äî 4,2 Ê è îõ- ëàæäåíèå äî 1,4 Ê ïðàêòè÷åñêè íå ñêàçûâàëîñü íà ïàðàìåòðàõ ïîðîøêà, êîòîðûé âîçíèêàë ïðè ýêñ- òðóçèè, òàê æå êàê è ðàíåå ïðè ðàñïàäå àéñáåðãîâ ïðè íàãðåâå â He I èëè â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî 4He, èëè ïðè ðàñïàäå ñëîÿ êîíäåíñàòà íà ãðàíèöå æèäêîñòü—ïàð (ëåäÿíûå êðóïèíêè íà ñòåíêàõ ÿ÷åéêè), ò.å. ðàñïàä àéñáåðãîâ ñîïðîâîæäàåòñÿ ñóùåñòâåííûì èçìåíåíèåì ñòðîåíèÿ è ñâîéñòâ âî- äÿíûõ îáðàçöîâ. Çàêëþ÷åíèå Îñíîâíûå èòîãè èññëåäîâàíèé ñâîéñòâ ïðî- ïèòàííîãî æèäêèì ãåëèåì ïîðèñòîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòà, êîòîðûé îáðàçóåòñÿ ïðè ââåäåíèè â ÿ÷åéêó, çàïîëíåííóþ ñâåðõòåêó÷èì He II ïðè T ∼ 1,4 Ê, ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû, òàêîâû. 1. Ïðè ìàëîé ñêîðîñòè íàáîðà ñìåñè (∆P ∼ ∼ 0,2 Òîðð) ñâåæåïðèãîòîâëåííûé æåëåîáðàçíûé ñëîé (îáëàêî) âîäÿíîãî êîíäåíñàòà ïîä ïîâåðõ- íîñòüþ He II òðàíñôîðìèðóåòñÿ ñî âðåìåíåì ∼ 10 ìèí â áîëåå ïëîòíûé àéñáåðã îâàëüíîé ôîðìû è ñðåäíèì äèàìåòðîì áëèçêèì ê äèàìåòðó ÿ÷åéêè (d = 9 ìì), ïîäâåøåííûé íà ñòåíêàõ ÿ÷åé- êè â îáúåìå He II. Ôîðìà àéñáåðãà ñîõðàíÿ- åòñÿ íåèçìåííîé ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå T < 1,6 Ê. Ïîäîáíîå ïîâåäåíèå õàðàêòåðíî äëÿ ãåëåé, îá- ðàçóþùèõñÿ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ìåëêîäèñïåðñ- Ðèñ. 4. Èçìåíåíèå ïðîôèëÿ ãðàíèöû ðàçäåëà ôàç â ÿ÷åéêå â ïðîöåññå íàáîðà ãàçîîáðàçíîãî 4He ñ ïðèìå- ñüþ ïàðîâ âîäû ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè íàáîðà ñìåñè, ∆P = 0,6 Òîðð, T = 1,4 Ê. Öèôðû íà êàäðàõ óêàçûâà- þò âðåìÿ ñúåìêè (÷àñ; ìèí; ñåê). Ïåðâûé è ïîñëåäíèé êàäðû ñîîòâåòñòâóþò ãðàíèöå ðàçäåëà ïàð—He II (íà- ÷àëî íàáîðà, íàáîð ïðåêðàùåí, ïîñëå ïîäëèâà æèäêî- ñòè â ÿ÷åéêó óðîâåíü He II âîçâðàòèëè â èñõîäíîå ñî- ñòîÿíèå). À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí 242 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 íîé âçâåñè ñ îêðóæàþùåé æèäêîé ìàòðèöåé — äèñïåðñèîííîé ñðåäîé (çîëü–ãåëü ðåàêöèÿ). 2. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû He II âûøå 1,6 Ê îáúåì àéñáåðãà ìîíîòîííî óáûâàåò, ÷òî ïðîÿâëÿåòñÿ â ïîñòåïåííîì ñìåùåíèè àéñáåðãà âíèç âäîëü ñòåíîê ÿ÷åéêè, ò.å. ñòðóêòóðà îáðàçöà ìîæåò ïëàâíî èçìåíÿòüñÿ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðà- òóðû æèäêîñòè. Îäíîé èç ïðè÷èí ýòîãî ìîæåò áûòü óêðóïíåíèå ïðèìåñíûõ íàíî÷àñòèö è óìåíüøåíèå ñðåäíèõ ðàçìåðîâ ïîð ìåæäó ñëó÷àéíî óïàêîâàííûìè ÷àñ- òèöàìè, ïîäîáíî òîìó, êàê ýòî íàáëþäàëîñü â ýêñïåðèìåíòàõ [10]. 3. Èíòåðâàë òåìïåpàòóp, ïðè êîòîðûõ ñóùåñò- âóþò àéñáåðãè, ñèëüíî çàâèñèò îò ñâîéñòâ îêðó- æàþùåé ñðåäû (ðèñ. 3). Â àòìîñôåðå ãàçîîáðàç- íîãî ãåëèÿ àéñáåðãè ðàñïàäàþòñÿ ïðè íàãðåâå âûøå 1,8 Ê, à â æèäêîì He I ïðè äàâëåíèè P = 1 àòì îíè ìîãóò ñóùåñòâîâàòü äî 4 Ê. Â îòëè÷èå îò âîäÿíîãî êîíäåíñàòà ïðèìåñíûå êîíäåíñàòû áëàãîðîäíûõ è ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâ íà÷èíàþò èíòåíñèâíî ðàñïàäàòüñÿ ïðè ïîâûøå- íèè òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû âûøå 7 Ê [10]. 4. Ïîëíîå ñîäåðæàíèå âîäû â îáúåìå àéñáåð- ãîâ, îöåíèâàåìîå ïî îòíîøåíèþ îáúåìîâ èñõîäíî- ãî îáðàçöà è îáðàçóþùåãîñÿ ïðè ðàñïàäå àéñáåðãà ïîðîøêà, ≤ 1020 ìîëåêóë H2O/ñì3. Ïëîòíîñòü àéñáåðãîâ, îöåíèâàåìàÿ èç íàáëþäåíèé îñöèëëÿ- öèé àéñáåðãà ïðè âîçíèêíîâåíèè àêóñòè÷åñêèõ êîëåáàíèé â ÿ÷åéêå ñ He I, íå áîëåå ÷åì íà íå- ñêîëüêî ïðîöåíòîâ âûøå ïëîòíîñòè îêðóæàþùåé æèäêîñòè, ò.å. ïðèìåðíî â 1,3 ðàçà ìåíüøå ïëîò- íîñòè òâåðäîãî 4He ïðè òåõ æå òåìïåðàòóðàõ. Ðàñïàä âîäÿíîãî êîíäåíñàòà â ãàçîâîé àòìî- ñôåðå ñîïðîâîæäàåòñÿ èñòå÷åíèåì ñòðóè õîëîäíî- ãî ãåëèÿ. Ñâîéñòâà ëåäÿíîãî ïîðîøêà, îáðàçóþ- ùåãîñÿ ïðè ðàñïàäå, íå èçìåíÿþòñÿ ïðè òåðìîöèêëèðîâàíèè â èíòåðâàëå 1,4–5 Ê. Ñëåäî- âàòåëüíî, âíóòðåííåå ñòðîåíèå èñõîäíûõ àéñáåð- ãîâ è ëüäèíîê, èç êîòîðûõ ñîñòîèò ïîðîøîê, êà÷å- ñòâåííî ðàçëè÷íî. Âîñïîëüçîâàâøèñü ðåçóëüòàòàìè èññëåäîâàíèé ñâîéñòâ ìåòàëëè÷åñêèõ êëàñòåðîâ, âîçíèêàþùèõ ïðè èñïàðåíèè ìåòàëëà â ïëîòíîì ãåëèåâîì ïàðå [6], è ñâîéñòâ ïðèìåñü-ãåëèåâûõ êîíäåíñà- òîâ ìîëåêóëÿðíûõ è àòîìàðíûõ ãàçîâ [7–10], åñ- òåñòâåííî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî âîäÿíûé êîíäåíñàò ñîñòîèò â îñíîâíîì èç âîäíûõ íàíîêëàñòåðîâ ñðåäíèì äèàìåòðîì ïîðÿäêà 5 íì (ò.å. îäèí êëàñ- òåð ìîæåò ñîäåðæàòü ïîðÿäêà 103 èçîìåðíûõ öå- ïî÷åê è/èëè òðåõìåðíûõ «êîðçèíî÷åê» èç ìîëå- êóë H2O [12]), êàæäûé èç êîòîðûõ îêðóæåí ñëîåì îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ. Âçàèìîäåéñòâèå ýòèõ íåéòðàëüíûõ êîìïëåêñîâ ìåæäó ñîáîé è ñî ñâåðõ- òåêó÷èì He II ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ìåòà- ñòàáèëüíîãî ïîðèñòîãî êîíäåíñàòà (âîäÿíîãî ãåëÿ), ñâîéñòâà êîòîðîãî çàìåòíî èçìåíÿþòñÿ ñ èçìåíåíèåì ñâîéñòâ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èç ïðåä- âàðèòåëüíûõ íàáëþäåíèé ñëåäóåò, ÷òî êîíäåíñàò, îáðàçóþùèéñÿ ïðè êîíäåíñàöèè ïàðîâ ýòèëîâîãî ñïèðòà (ñëàáîïîëÿðíàÿ æèäêîñòü ïðè êîìíàòíûõ òåìïåðàòóðàõ), åùå ìåíåå ñòàáèëåí, ÷åì âîäÿíîé êîíäåíñàò, è ìîæåò ðàñïàäàòüñÿ äàæå â He II. Àâòîðû áëàãîäàðíû Þ. À. Îñèïüÿíó çà ïîä- äåðæêó èññëåäîâàíèé, Â. Á. Åôèìîâó è Â. Á. Øèêèíó, à òàêæå Ã. Â. Êîëìàêîâó, À. À. Ëåâ÷åí- êî, Å. Â. Ëåáåäåâîé è Ì. Þ. Áðàæíèêîâó çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ è ðàñ÷åòû è À. Â. Ëîõîâó è Â. Í. Õëîïèíñêîìó çà òåõíè÷åñêóþ ïîìîùü. Ðà- áîòà âûïîëíåíà ïðè ÷àñòè÷íîé ôèíàíñîâîé ïîä- äåðæêå Ìèíèñòåðñòâà ïðîìûøëåííîñòè íàóêè è òåõíîëîãèé ÐÔ â ðàìêàõ ïðîãðàììû ÃÍÒÏ «Àê- òóàëüíûå íàïðàâëåíèÿ â ôèçèêå êîíäåíñèðîâàí- íûõ ñðåä», à òàêæå ÐÔÔÈ è Ïðàâèòåëüñòâà Ìîñ- êîâñêîé îáëàñòè, ãðàíò 01-02-97037.1. 1. Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, À. Ì. Êîêîòèí, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 70, 756 (1999). 2. L. P. Mezhov-Deglin and A. M. Kokotin, Physica B284–288, 103 (2000). 3. L. P. Mezhov-Deglin and A. M. Kokotin, J. Low Temp. Phys. 119, ¹ 3/4, 385 (2000). 4. Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, À. Ì. Êîêîòèí, ÏÒÝ, ¹ 2, 159 (2001). 5. P. Savich and A. Shalnikov, J. Phys. USSR 10(3), 299 (1946). 6. Ë. ß. Âèííèêîâ, À. Î. Ãîëóáîê, Âûñîêîðàçðåøàþ- ùàÿ ìåòîäèêà ïðÿìîãî íàáëþäåíèÿ ìàãíèòíîé ñòðóêòóðû íà ïîâåðõíîñòè ñâåðõïðîâîäíèêîâ II ðîäà, Ïðåïðèíò ÈÔÒÒ ÐÀÍ, ×åðíîãîëîâêà (1984), ñ. 9; L. Ya. Vinnikov, I. V. Grigor’eva, and L. A. Gurevich, Vortex Structure in Single Crystal HTSC Superconductors, in: Springer Series in Ma- terial Science, Vol. 23, «The Real Structure of HTSC Superconductors», V. Sh. Shehtman (ed.), Springer (1993), p. 89. 7. Å. Á. Ãîðäîí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, Î. Ô. Ïóãà- ÷åâ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 19, 103 (1974). 8. Å. Á. Ãîðäîí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, Î. Ô. Ïóãà- ÷åâ, Â. Â. Õìåëåíêî, ÏÒÝ 6, 247 (1975); ÆÝÒÔ 72, 952 (1977). 9. Îáðàçîâàíèå è ñòàáèëèçàöèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêà- ëîâ, À. Áàññ, Ã. Áðîéäa (ðåä.), Èçä-âî èíîñòð. ëèò., Ìîñêâà (1962). 10. S. I. Kiselev, V. V. Khmelenko, D. M. Lee, V. Kiryukhin, R. E. Boltnev, E. B. Gordon, and B. Kreimer, Phys. Rev. (2002), accepted for publi- cations. Âîäÿíîé ãåëü — íîâàÿ ôîðìà âîäû, êîíäåíñèðîâàííîé â æèäêîì 4He Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3 243 11. P. R. ten Wolde, D,W. Oxtoby and D. Frenkel, Phys. Rev. Lett. 81, 3695 (1998). 12. K. Nauta and R. E. Miller, Science 287, 293 (2000). 13. V. F. Petrenko and R. W. Whitworth, Physics of Ice, Oxford University Press Inc., NY (1999). Watergel: a new form of water condensed in liquid 4He A. M. Kokotin and L. P. Mezhov-Deglin A semitransparent layer (cloud) of the he- lium-impurity condensate which is formed at the superfluid He II–vapour interface on con- densation of 4He gas with water vapour as an impurity in the cell filled with superfluid he- lium at T ≤ 1.5 K, is transformed, with time, into an oval iceberg ∼ 9 mm in dia suspended beneath the liquid surface on the glass cell walls. In the bulk of liquid helium the icebergs exist even at temperatures above Tλ . For va- pour pressure P = 150 Torr over the normal liquid surface, the temperature, Td , at which an intensive decomposition of the icebergs is observed, amounts to 2.5 K. As the pressure is increased up to 760 Torr, Td rises up to 4 K. In the 4He gas atmosphere the «dry» icebergs taken out of He II at T ∼ 1.4 K are decom- posed on heating above 1.8 K. The iceberg decomposition is followed by the formation of a fine grained powder (evidently, amorphous ice) at the cell bottom, the powder volume being two orders of magnitude smaller than that of the initial icebergs, i.e. the total water content in an iceberg is ≤ 1020 molecules/cm3. This estimate is consistent with the difference in density between iceberg and surrounding liquid ρL (∆ρ/ρL < 0.1) calculated from the results on sample oscillations observed on initiation of thermoacoustic vibrations in the cell filled with liquid He I. When discussing the structure of icebergs, it is reasonable to suggest that the impurity H2O molecules in the helium vapour over the He II surface stick together into clus- ters so that the solid core of the condensate (the gel dispersion system) is formed by water nanoclusters surrounded by one or two layers of solidified helium, and superfluid He II filling the pores inbetween the particles serves as a dispersion medium of watergel. À. Ì. Êîêîòèí, Ë. Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí 244 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 3

Водяной гель - новая форма воды, конденсированной в жидком ⁴He

Institution

Ähnliche Einträge