Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии
Представлены результаты исследований работы криотронного генератора релаксационных колебаний
 (КГРК) в переохлажденном гелии. Описаны процессы, протекающие в гелии при его отогреве, и отмечены
 особенности в работе КГРК. Измерены времена восстановления температуры гелия и частоты КГР...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81329 |
| 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: | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860000934826868736 |
|---|---|
| author | Рахубовский, В.А. |
| author_facet | Рахубовский, В.А. |
| citation_txt | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Представлены результаты исследований работы криотронного генератора релаксационных колебаний
(КГРК) в переохлажденном гелии. Описаны процессы, протекающие в гелии при его отогреве, и отмечены
особенности в работе КГРК. Измерены времена восстановления температуры гелия и частоты КГРК при
различных величинах переохлаждения гелия.
Представлені результати досліджень роботи кріотронного генератора релаксаційних коливань (КГРК) у
переохолодженому гелії. Описані процеси, що протікають у гелії при його відігріванні, і відзначені
особливості в роботі КГРК. Обміряні часи відновлення температури гелію і частоти КГРК при різних
величинах переохолодження гелію.
The investigation results of operation of the cryotronic relaxation oscillations generator (CROG) in the supercooled
helium have been given. The processes that take place in helium during its warming up have been described
and the CROG operation peculiarities have been shown. The helium temperature build- up time and CROG frequency
under different values of helium supercooling have been measured.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:36:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.373.43
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КРИОТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА РЕ-
ЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ
В ПЕРЕОХЛАЖДЕННОМ ГЕЛИИ
В.А. Рахубовский
Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт",
г. Харьков, Украина
Представлены результаты исследований работы криотронного генератора релаксационных колебаний
(КГРК) в переохлажденном гелии. Описаны процессы, протекающие в гелии при его отогреве, и отмечены
особенности в работе КГРК. Измерены времена восстановления температуры гелия и частоты КГРК при
различных величинах переохлаждения гелия.
ВВЕДЕНИЕ
Для обеспечения температурного режима работы
низкотемпературных сверхпроводящих устройств
[1,2] в качестве теплоотводящего агента использу-
ется жидкий гелий. Требуемая температура гелия
достигается путем понижения давления пара над его
поверхностью. Конвекционные потоки поддержива-
ют равновесие в массе жидкости, и давление пара
над поверхностью (с поправкой на гидростатическое
давление) является мерой температуры жидкого ге-
лия [3]. В случае, когда гелий отогревается после
охлаждения, то возникает ситуация, при которой
прилегающие к поверхности слои будут теплее, чем
жидкость на глубине [4], т.е. гелий будет находиться
в переохлажденном состоянии, так как температура
жидкого гелия ниже той температуры, которая соот-
ветствует давлению паров над его поверхностью в
данный момент. При исследовании сверхпроводя-
щих устройств приходится иметь дело с переохла-
жденным гелием, когда по тем или иным причинам
установленная температура гелия ниже той, при ко-
торой должен проводиться эксперимент. В этом слу-
чае гелий либо надо подогревать, используя специ-
альный нагреватель, установленный вблизи дна
дьюара, либо подождать пока он нагреется и заки-
пит под действием внешнего теплопритока. Поэто-
му при эксплуатации сверхпроводящих устройств
необходимо учитывать процессы, которые проте-
кают в жидком гелии и влияют на работу таких
устройств.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для получения данных о времени и характере
отогрева переохлажденного гелия снималась зависи-
мость частоты криотронного генератора релаксаци-
онных колебаний (КГРК) [5] от времени, в течение
которого происходит нагрев гелия в данном темпе-
ратурном интервале.
Частота КГРК (при постоянном токе питания и
постоянном внешнем магнитном поле) является
только функцией температуры вентилей криотро-
нов, которая зависит от температуры гелия и интен-
сивности теплоотдачи на границе вентиль-гелий.
Последняя определяется, в частности, интенсивно-
стью кипения гелия [6]. Малые габариты, хорошая
теплопроводность и малая теплоемкость материала
вентилей криотронов дают возможность практиче-
ски мгновенно устанавливать тепловое равновесие
между КГРК и гелиевой ванной, что позволяет ис-
пользовать его в устройствах, предназначенных для
быстрого измерения температуры. Кроме того,
КГРК свои показания в зависимости от температуры
непосредственно преобразует в частоту, что позво-
ляет измерять температуру более точно, чем в слу-
чае измерения ее по изменению какой-либо другой
физической величины. Эксперимент проводится
следующим образом. Вначале опыта устанавлива-
ются: давление паров над поверхностью гелия Po ;
температура кипящего гелия To ; частота КГРК fo
. Затем понижается давление паров до значения 1P ,
при котором температура гелия и частота КГРК
устанавливается соответственно 1T и 1f . После это-
го резко прекращается откачка паров гелия и давле-
ние быстро (за 5…10 с) восстанавливается до на-
чального значения Po и восстанавливается вблизи
поверхности начальная температура гелия To . Ви-
зуальное наблюдение за поведением гелия позволя-
ет отметить, что в точке 1 (рис.1) резко прекращает-
ся кипение гелия и возрастает частота КГРК. Это
увеличение частоты происходит в течение 5…10 с и
можно считать, что за такое малое время температу-
ра гелия вблизи КГРК остается постоянной и равной
1T . Поэтому увеличение частоты вызывается только
повышением температуры КГРК из-за изменения
интенсивности отвода тепла от вентилей криотронов
при переходе кипящего гелия в некипящий. При
этом величина переохлаждения гелия =T∆ 1T -To .
Конечность времени нарастания частоты генератора
на участках 1-2 объясняется тем, что хотя кипение и
прекратилось, движение слоев гелия затухает не
сразу, а примерно в течение 5…10 с после момента
прекращения кипения гелия. В точке 2 это движение
полностью прекращается, и остаются только конвек-
тивные потоки, обусловленные движением слоев с
разной плотностью. На участках 2-4 гелий не кипит,
и рост частоты обусловлен только повышением тем-
пературы гелия за счет тепла, подводимого в гелий
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.83 – 85.
83
извне и от КГРК. В точке 3 начинают образовывать-
ся пузырьки паров гелия в области вентилей крио-
тронов. Теплоотвод от последних улучшается, и ча-
стота КГРК, начиная с этого момента, нарастает с
меньшей скоростью. В точке 4 частота, достигнув
максимального значения, начинает уменьшаться.
Это соответствует началу кипения гелия со дна дью-
ара, которое является определяющим в процессе
восстановления температуры To по всему объему
жидкости. На участках 4-5 происходит нарастание
интенсивности кипения гелия. В точке 5 гелий име-
ет не только начальную температуру, но и началь-
ную интенсивность кипения, и частота КГРК дости-
гает установившегося значения fy , приближающе-
гося к fo .
Аналогичные зависимости )(tff = были по-
лучены и для других величин T∆ .
Рис. 1. Зависимость частоты КГРК от времени
отогрева гелия при: To =3,678 К; fo =70 Гц; In
=0,17 А; T∆ =-33.10-3 К; величине внешнего тепло-
притока в дьюар ~0,25 Вт; высоте столба гелия
над КГРК ~0,3 м
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Проведенные исследования показали, что в про-
цессе отогрева гелия от температуры 1T до To вна-
чале происходит восстановление температуры To
(см. рис.1, точка 4), а затем через некоторое время
происходит восстановление начальной интенсивно-
сти кипения гелия (точка 5, см. рис. 1), которые при-
водят к установлению частоты КГРК fy ≈ fo . За-
висимости времени восстановления To и fo от ве-
личины переохлаждения гелия приведены на рис. 2,
из которого видно, что при изменении T∆ в интер-
вале K310)94...4( −⋅− эти времена лежат в диапазо-
не (1,5…22)·102 с. В таблице приведены установив-
шиеся значения частоты КГРК, полученные для раз-
личных величин переохлаждения гелия.
Рис. 2. Зависимость времени восстановления тем-
пературы гелия (1) и частоты КГРК (2) от величи-
ны переохлаждения гелия
Начальная температура гелия, To К 3,682 3,682 3,682 3,683 3,683
Начальная частота КГРК, fo Гц 79 79 79 81 81
Величина переохлаждения гелия, ∆T К -4·10-3 -10·10-3 -14·10-3 -18·10-3 -23·10-3
Установившееся значение частоты КГРК после
отогрева гелия, fy Гц 77 77 83 82 84
Уход частоты КГРК, ∆f = fy - fo Гц -2 -2 +4 +1 +3
Изменение температуры КГРК, ∆TГ=∆f ·СТ К -4,6·10-4 -4,6·10-4 +9,2·10-4 +2,1·10-4 +6,3·10-4
Постоянная КГРК-термометра СТ [6] К/Гц 2,3·10-4 2,1·10-4
Начальная температура гелия, To К 3,678 3,678 3,678 3,679 3,679
Начальная частота КГРК, fo Гц 70 70 71 73 73
Величина переохлаждения гелия, ∆T К -33·10-3 -35·10-3 -46·10-3 -53·10-3 -94·10-3
Установившееся значение частоты КГРК после
отогрева гелия, fy Гц 73 72 73 76 77
Уход частоты КГРК, ∆f = fy - fo Гц +3 +2 +2 +3 +4
Изменение температуры КГРК, ∆TГ=∆f ·СТ К +8,4·10-4 +5,6·10-4 +5,6·10-4 +8,1·10-4 +11·10-4
Постоянная КГРК-термометра СТ [6] К/Гц 2,8·10-4 2,7·10-4
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.83 – 85.
84
Как видно из таблицы, во всех экспериментах
наблюдается уход частоты f∆ = ± 1…4 Гц, вызван-
ный изменением температуры КГРК ГT∆ = ± (4,6…
11)∙10-4 К. Изменение температуры КГРК вызывает-
ся изменением интенсивности теплоотдачи на гра-
нице вентиль-гелий из-за отклонения установив-
шихся после отогрева гелия значений температуры
и интенсивности кипения гелия от начальных зна-
чений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Переход гелия из переохлажденного состояния
в начальное происходит за конечное время. В уста-
новившемся режиме после отогрева гелия наблю-
дается уход частоты КГРК, вызванный изменением
его температуры. Эти обстоятельства необходимо
учитывать при эксплуатации сверхпроводящих
устройств, расположенных непосредственно в жид-
ком гелии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Д. Бремер. Сверхпроводящие устройства.
М:"Мир", 1964, 238 с.
2. Я.С. Кан, В.А. Рахубовский. Использование
проволочных криотронов в вычислительных и
измерительных устройствах:: Препринт
ХФТИ 74-29. Харьков, 1974, 22 с.
3. Т.К. Уайт. Экспериментальная техника в фи-
зике низких температур. М: ФМЛ, 1961, 118 с.
4. А. Роуз.Инс. Техника низкотемпературного
эксперимента. М:"Мир", 1966, 139 с.
5. Я.С. Кан, В.А. Рахубовский. Криотронный ге-
нератор релаксационных колебаний в качестве
термометра // ПТЭ. 1966, № 3, с. 228-229.
6. Я.С. Кан, В.А. Рахубовский, Н.Е. Писачев,
В.К. Бабайлов. О некоторых характеристиках
КГРК-термометра // Измерительная техника.
1972, № 9, с. 30-31.
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ КРІОТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА РЕЛАКСАЦІЙНИХ
КОЛИВАНЬ У ПЕРЕОХОЛОДЖЕНОМУ ГЕЛІЇ
В.А. Рахубовський
Представлені результати досліджень роботи кріотронного генератора релаксаційних коливань (КГРК) у
переохолодженому гелії. Описані процеси, що протікають у гелії при його відігріванні, і відзначені
особливості в роботі КГРК. Обміряні часи відновлення температури гелію і частоти КГРК при різних
величинах переохолодження гелію.
INVESTIGATION OF OPERATION OF THE CRYOTRONIC RELAXATION OSCIL-
LATIONS GENERATOR IN THE SUPERCOOLED HELIUM
V.A. Rakhubovskiy
The investigation results of operation of the cryotronic relaxation oscillations generator (CROG) in the super-
cooled helium have been given. The processes that take place in helium during its warming up have been described
and the CROG operation peculiarities have been shown. The helium temperature build- up time and CROG frequen-
cy under different values of helium supercooling have been measured.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.83 – 85.
85
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81329 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:36:20Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рахубовский, В.А. 2015-05-14T18:47:15Z 2015-05-14T18:47:15Z 2006 Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии / В.А. Рахубовский // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 83-85. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81329 621.373.43 Представлены результаты исследований работы криотронного генератора релаксационных колебаний
 (КГРК) в переохлажденном гелии. Описаны процессы, протекающие в гелии при его отогреве, и отмечены
 особенности в работе КГРК. Измерены времена восстановления температуры гелия и частоты КГРК при
 различных величинах переохлаждения гелия. Представлені результати досліджень роботи кріотронного генератора релаксаційних коливань (КГРК) у
 переохолодженому гелії. Описані процеси, що протікають у гелії при його відігріванні, і відзначені
 особливості в роботі КГРК. Обміряні часи відновлення температури гелію і частоти КГРК при різних
 величинах переохолодження гелію. The investigation results of operation of the cryotronic relaxation oscillations generator (CROG) in the supercooled
 helium have been given. The processes that take place in helium during its warming up have been described
 and the CROG operation peculiarities have been shown. The helium temperature build- up time and CROG frequency
 under different values of helium supercooling have been measured. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии Дослідження роботи кріотронного генератора релаксаційних коливань у переохолодженому гелії Investigation of operation of the cryotronic relaxation oscillations generator in the supercooled helium Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии Рахубовский, В.А. Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| title | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| title_alt | Дослідження роботи кріотронного генератора релаксаційних коливань у переохолодженому гелії Investigation of operation of the cryotronic relaxation oscillations generator in the supercooled helium |
| title_full | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| title_fullStr | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| title_full_unstemmed | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| title_short | Исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| title_sort | исследование работы криотронного генератора релаксационных колебаний в переохлажденном гелии |
| topic | Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| topic_facet | Сверхпроводимость и сверхпроводящие материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81329 |
| work_keys_str_mv | AT rahubovskiiva issledovanierabotykriotronnogogeneratorarelaksacionnyhkolebaniivpereohlaždennomgelii AT rahubovskiiva doslídžennârobotikríotronnogogeneratorarelaksacíinihkolivanʹupereoholodženomugelíí AT rahubovskiiva investigationofoperationofthecryotronicrelaxationoscillationsgeneratorinthesupercooledhelium |