SU1469292A1 - Устройство дл исследовани физических свойств сверхтекучих растворов изотопов гели - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике физического эксперимента при низ-- ких температурах. Целью его  вл етс  повышение функциональных возможностей за счет обеспечени  непрерывного регулировани  температуры и концентрации раствора, расширение диапазона рабочих температур в сторону абсолютного нул . Устройство содер-- жит управл ющую камеру с нагревателем и термометром, соединенную хла- допроводом с первой ступенью предварительного охлаждени . Капилл р соедин ет управл ющую камеру с измерительной камерой, наход щейс  в теп- ловом контакте со ступенью предельного охлаждени  8. При включении нагревател  увеличиваетс  давление в управл ющей камере за счет роста осмотического и фонтанного давлений. Возникающа  разность давлений между управл ющей и измерительной камерами заставл ет Ие течь из управл ющей камеры в измерительн тб. Когда сумма осмотического и фонтанного давлений в обеих камерах становитс  одинаковой , наступает равновесие, и в камере измерени  получают новую концентрацию раствора.- Дл  уменьшени  концентрации Не в измерительной камере уменьшают нагрев камеры, при этом хладопровод способствует быстрому ее охлаждению и достижению нового равновесного распределени  концентраций. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл. « (Л о со 1C (X) кэ

Description

Изобретение относитс  к технике физического эксперимента при низких температурах и может быть использовано дл  исследовани  свойств сверхтекучих растворов изотопов гели  в широком , интервале температур и концентраций .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устрой- ства за счет обеспечейи  независимого регулировани  ра бочих температур в сторону абсолютного нул ,

Достижение положительного эффекта основываетс  на следующем. При- включении нагревател  управл ющей ка- меры через поперечное сечение,а капилл ра проходит тепловой поток Q, который создает противоток сверхтекучей и нормальной компонент жидкости, причём атомы Не движутс  только вместе с нормальной компонентой в сторону более низкой температуры под действием разности давлений. Возникающий при этом стационарньш перепад давлений Р описываетс  формулой

Р Z.V

(1)

где Z - импеданс капилл ра;

Ч - в зкость жидкости;

VV - объемна  скорость нормальной компоненты, св занна  с О соотношением

q ST Vr,/a,(2)

где S - энтропи  жидкого гели 

Сверхтекуча  компонента может при ходить в движение не только под дей- .ствием градиента давлени . Ускорение ее определ етс  силой

F

где (Р,Т,х) - химический потенци-

ал в растворе.

Стационарное состо ние сверхтекучего раствора определ етс  условием

Ду t о(4)

Дл  двух сообщающихс  сосудов со сверхтекучим раствором с температурами If и Т , давлени ми Р и Р , концентраци ми х. и х условие (4) эквивалентно f4I

Р, -(Т ,X )-Р (Т, ) Р, -л(Т, ,х)-Р (Тг) - (5) .

где Pg - Р( разность давлений определ етс  соотношением (О

j .

PjC (Т)/ JS dT - давление фонтанировани ;

/Г.(Т,х) / осмотическое давление;

f. и S - плотность и энтропи  чистого ,

Поскольку обычно РЗ-Р/ мало, то условие (5) принимает вид ;Т(Т,х)+Р. (Т-) Ят,х,)+Р(Т,) (6 Согласно этому условию за счет изменени  температуры в одном из резервуаров должны изменитьс  давлени  П и Pf и концентраци  раствора.

Характерные значени  л (х,Т) и Р,(Т) приведены в следующей таблице .

Наличие измерительной камеры обе печивает независимое регулирование температуры и концентрации исследуемого раствора. Благодар  св зи упра л ющей и измерительной камер включение и выключение HarpeiTaTenH управл ющей камеры прекращает или возобновл ет процесс изменени  концентрации . - Наличие хладопровода между уп

5

0

5

0

35

40

45

50

55

равл ющей камерой и ступенью предва- рит ельного охлаждени  обеспечивает возможность быстрого охлаждени  управл ющей камеры при выключении нагревател  Выполнение хладопровода в виде сверхпровод щего теплового ключа позвол ет дополнительно повысить быстродействие устройства. Расширение диапазона исследуемых свойств растворов св зано с тем, что размер измерительной камеры можно выбрать таким, чтобы . было разместить в ней все необходимые дл  исследований датчики,

Расширение диапазона рабочих температур обеспечиваетс . тепловь1М контактом измерительной камеры с источником низкой температуры. Таким образом , температура исследуемого раствора может быть как угодно низкой, такой, какую может дать источник низких температур.

Наличие тепловых контактов между участками капилл ра и последующими ступен ми предварительного охлаждени  обеспечивае.т уменьшение теплопри- тока к измерительной камере по капилл ру , что способствует достижению в ней возможных низких температур.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

Устройство содержит управл ющую камеру с нагревателем 2 и термомет- ром 3, соединенную хладопроводом 4 с ступенью предварительного охлаждени  5 источника холода, В качестве источника холода может быть применен рефрижератор растворени  Не- Не. Тогда первой ступенью предварительного охлаждени   вл етс  его камера испарени . Дл  повышени  быстродействи  устройства в качестве хладопровода может быть применен сверхпровод щий тепловой ключ.

Капилл р 6 соедин ет управл ющую камеру 1 с измерительной камерой 7, наход щейс  в тепловом контакте со ступенью предельного охлаждени  8 (камерой растворени  рефрижератора -- растворени ), Хладопровод 9, св занный с капилл ром 6, обеспечивает тепловой контакт со ступен ми промежуточного охлаждени  10 (теплообменники рефрижератора растворени .

Устройство работает следующим образом .

Камеры 1 и 7 заполн ют сверхтекучим раствором изотопов гели  с исходНОИ концентрацией х

мости повысить концентрацию Не в измерительной камере 1 включают нагреватель 2, и температура управл ющей камеры растет. При этом в начальный момент увеличиваетс  давление в этой камере за счет роста как фонтанного, так и осмотического давлени , в то врем  как в измерительной камере услови  еще не изменились. Следовательно, возникает разность давлений между управл ющей и измерительной камерами. Эта разность заставл ет Не течь из управл ющей камеры в измерительную, так что осмотическое давление в измерительной камере растет, а в управл ющей падает . Когда сумма осмотического и фон14692926

При необходи- ровании соотношени  .Не и Не и при

любой самой низкой температуре, достигаемой современш-,1ми криогенньгми методами.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1, Устройство дл  исследовани  10 физических свойств, сверхтекл чих растворов изотопов гели , содержащее управл ющую камеру с нагревателем, термометром к капилл ром, источник холода , включающий ступени предваритель- 15 ного охлаж дени  и предельного охлаждени , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  независимого регулирова-.

   танного давлений в обеих камерах ста-20 ни  температуры и концентрации раст- нут одинаковыми, достигаетс  новое вора и расширени  диапазона рабочих

   температур в сторону абсолютного нул , оно дополнительно содержит измерительную камеру, наход щуюс  в -25 тепловом контакте со ступенью предельного охлаждени  и соединенную капилл ром с управл ющей камерой, причем управл юща  камера соединена со ступенью предварительного охлажравновесие , причем равновесные концентрации Не в камерах 1 и 7 определ ютс  формулой (6) при известных температурах камер и исходной концент рации Xj.

   Дл  уменьшени  концентрации Не в измерительной камере уменьшают мощтемператур в сторону а нул , оно дополнительн мерительную камеру, на -25 тепловом контакте со с дельного охлаждени  и капилл ром с управл ющ причем управл юща  кам со ступенью предварите

   ность нагревател  2, при этом хладопров .од 4 способствует быстрому охлаж-30 дени  хладопроводом.
2. 2. Устройство по п.

   дению управл ющей камеры и достижению нового равновесного распределени  концентраций.

   Если хладопровод выполнить в виде сверхпровод щего Теплового ключа, то 35 быстродействие устройства дополнительно повыситс , поскольку ключ в нормальном состо нии обеспечивает теп- лосопротивление не менее чем в 10 раз меньшее по сравнению с теплосопротив- 40 лением хладопровода без теплового ключа. В сверхпровод щем состо нии тепловой ключ наоборот обеспечивает теплосопротивление не менее чем в 10 раз большее по сравнению с тепло- 45 сопротивлением хладопровода без теплового ключа.

   Предлагаемое устройство обеспечивает возможность исследовани  широкого диапазона свойств сверхтеку- 50 чих растворов в широком интервале концентраций при непрерывном регуличающеес  тем, капилл ра имеют не мен такта со ступен ми охл
3. 3. Устройство по п. чающеес  тем, вод выполнен в В1ще св теплового ключа.

   Формула изобретени 

   1, Устройство дл  исследовани  физических свойств, сверхтекл чих растворов изотопов гели , содержащее управл ющую камеру с нагревателем, термометром к капилл ром, источник холода , включающий ступени предваритель- ного охлаж дени  и предельного охлаждени , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  независимого регулирова-.

   ни  температуры и концентрации раст- вора и расширени  диапазона рабочих

   температур в сторону абсолютного нул , оно дополнительно содержит измерительную камеру, наход щуюс  в тепловом контакте со ступенью предельного охлаждени  и соединенную капилл ром с управл ющей камерой, причем управл юща  камера соединена со ступенью предварительного охлаждени  хладопроводом.

   2. Устройство по п.

   I , о т л и - чающеес  тем, что участки капилл ра имеют не менее одного контакта со ступен ми охлаждени .

   3. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что хладопровод выполнен в В1ще сверхпровод щего теплового ключа.

   2йШ 3