低温を実現する方法とは? わかりやすく解説

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低温を実現する方法

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/10/28 05:16 UTC 版)

低温物理学」の記事における「低温を実現する方法」の解説

液体ヘリウムによる蒸発冷却 入れ子状に複数真空液体窒素をもつガラスデュワー液体ヘリウムを貯め、ここに温度素子目的試料取り付けたプローブを浸す方法大気圧においてはヘリウム沸点である4.21ケルビン到達する。さらにヘリウム減圧することで1ケルビン台へ到達可能。後述のヘリウムフロー方式比べる温度変動少ないが、日本においてはガラスデュワー入手困難である。ヘリウム温度以下の低温から室温までの広い温度範囲測定する場合には、ヘリウム直にサンプル入れるのではなく低気圧ヘリウムガス(コンタクトガス)で満たした設けることでより安定的に温度操作することができる。 ヘリウムフロー 試料部伸びるステンレス製の管の中に液体ヘリウム流し先端熱伝導によって試料冷却する方法光電子分光など試料真空中露出させる必要がある場合用いられる。このとき試料部から実験室室温までが金属によって繋がれることになるので、素材として室温からの熱流入を抑える目的で、比較熱伝導の低いものが用いられる一方で管が長ければ長いほど熱膨張による試料部位置のずれが大きくなる。管の長さについては30-150センチメートル程度のものが用いられるフローには通常のヘリウムトランスファよりも流量の低い専用のトランスファーチューブを用いる。また蒸発したヘリウムガス回収するための経路必要になる到達温度は、試料部複雑さにもよるが、概ね4-10K程度である。ヘリウム回収圧力変動によって、ヘリウム流量変化しやすく温度変動比較大きい。クライオスタットその物の製作については比較的容易である。 ヘリウムガスフロー 液体ヘリウム試料空間に導く経路設け空間内をポンプ等で減圧し、吸引により空間内に導入される液体ヘリウムの量及び温度適切にコントロールすることで試料空間温度調整する方法である。温度調整容易さ均一性良さ特徴である。蒸発冷却では精緻な温度調整難しく、またヘリウムフローでの熱伝導による冷却比較温度調整対す試料部温度レスポンス悪く温度均一性などにも問題生じがちであるのに比べヘリウムガスフローによって冷却および調整を行うこの方式は、強制的に試料一定の目標温度冷却加熱する方法であり、より確実な方法であるといえる。ただし、液体ヘリウム4を減圧して得られる1ケルビン程度以下の温度冷却することはこの方法では難しい。その確実性から市販品中心に現在多く低温測定を行う実験機器取り入れられている。 その他 3He-4He希釈冷凍法 核断熱消磁断熱消磁レーザー冷却

※この「低温を実現する方法」の解説は、「低温物理学」の解説の一部です。
「低温を実現する方法」を含む「低温物理学」の記事については、「低温物理学」の概要を参照ください。

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