КОМПЛЕКС ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Комплекс был разработан в отделе квантовых жидкостей и кристаллов № 12 и включает в себя 4 рефрижератора для получения сверхнизких температур:

- рефрижератор ядерного размагничивания;
- рефрижератор растворения с гибридной системой циркуляции;
- рефрижератор растворения с конденсационно-адсорбционной системой откачки;
- рефрижератор растворения с внешней циркуляцией.

Все рефрижераторы и соответствующие системы термометрии были разработаны и изготовлены в ФТИНТ НАН Украины.

В 2001 г. Комплекс для физических исследований при сверхнизких температурах получил статус Национального достояния Украины (Постановление кабинета министров Украины № 1709 от 19.12.2001 г.).

Комплекс для физических исследований при сверхнизких температурах открыт для проведения совместных экспериментов, требующих температур ниже 0,3 К. ФТИНТ НАН Украины приветствует предложения в этой области от ученых Украины и других стран и готов обсуждать соответствующие физические задачи.

Рефрижератор ядерного размагничивания

(А. А. Голуб, В. А. Гончаров, В. Р. Литвинов, В. А. Михеев, Э. Я. Рудавский, Ю. А. Токарь, А. М. Усенко, В.А. Шварц, «Рефрижератор ядерного размагничивания с автоматизированной системой управления, сбора и обработки экспериментальных данных», ФНТ 21, 974, 1995).

Введён в эксплуатацию в 1985 г.

Включает следующие основные элементы:

-   криостат растворения с градусной камерой;
-   алюминиевый тепловой ключ;
-   ступень ядерного размагничивания меди;
-   магнитная система;
-   система термометрии;
-   экспериментальные устройства для физических          исследований;
-   автоматизированная система управления, сбора и обработки экспериментальных данных.

Ядерная ступень выполнена в виде пучка из 4000 плотно упакованных медных проволок диаметром 0,5мм в изоляции из стекловолокна.
В среднеквадратичном магнитном поле 7 Т размещается 23 моля меди.
Минимальная температура в решётке хладагента составляет 0,7 mK, а остаточный теплоприток – 0, 25 нВт на моль хладагента.
Используется для исследования низкотемпературного ядерного магнетизма и фазового расслоения в твердых растворах 3Не-4Не.


Рефрижератор растворения с внешней циркуляцией

(Б.Н.Есельсон, В.А.Гончаров, Э.Я.Рудавский, В.К.Чаговец, С.И.Тарапов, «Простой криостат растворения непрерывного действия для получения сверхнизких температур», Сборник «Расчет и конструирование криогенных систем», Киев, Наукова думка, с.18, 1981 г).
 

Введен в эксплуатацию в 1980 г.

Включает следующие основные элементы:

-   криостат растворения с градусной камерой;
-   тепловой ключ со сверхтекучим 4Не;
-   двухкамерная система для изменения концентрации   сверхтекучих растворов гелия“in situ”;
-   система термометрии;
-   система для работ при высоком давлении;
-   автоматизированная система сбора и  обработки экспериментальных данных;
-   ультразвуковой спектрометр для изучения  акустических свойств.

Хладопроизводительность 100 мкВт при 100 мК.
Минимальная температура 12 мК.

Используется для исследования сверхтекучих растворов изотопов гелия.


Рефрижератор растворения с конденсационной откачкой

(В.И.Соболев, Л.А.Погорелов, В.Н.Репин, В.Е.Сивоконь, Авторское свидетельство СССР № 1290817, 1985; В.Е.Сивоконь, В.В.Доценко, Л.А.Погорелов, В.И.Соболев, ФНТ, 19, 444-449, 1993).
 

Имеет низкотемпературный цикл циркуляции 3Не.
Откачка паров из испарителя, конденсация и возврат 3Не в камеру растворения обеспечиваются холодной пластиной (конденсационным насосом). Конденсационный насос охлаждается двумя независимыми адсорбционными рефрижераторами с откачкой паров 3Не.

Максимальная циркуляция 3Не 200 мкмоль/с.
Минимальная полученная температура 10 мК.
Время работы не ограничено.
Потребность в жидком гелии около 10 л/сутки
Термометры: кристаллизационный (первичный), угольный (вторичный).

Достоинства:

-   компактность;
-   отсутствие механических систем откачки 3Не;
-   отсутствие дросселей;
-  

отсутствие механических переключающих   элементов в низкотемпературной части.

В настоящее время используется в экспериментах по исследованию двумерных электронных систем, локализованных над поверхностью сверхтекучего гелия.


Рефрижератор растворения с гибридной системой циркуляции

(А.С.Рыбалко, В.А.Михеев, В.И.Колесник, В.И.Белобородько, ФНТ, 19, 720, 1993; А.Н.Ганьшин, В.Н.Григорьев, В.А.Майданов, Г.А.Михайлов, В.А.Михеев, Н.Ф.Омелаенко, А.А.Пензев, В.Н.Репин, Э.Я.Рудавский, А.С.Рыбалко, Ю.А.Токарь, В.А.Шилин, ФНТ, 27, № 7, 799-810, 2001).
 

Комплекс включает в себя рефрижератор растворения с гибридной системой циркуляции 3Не, систему антивибрационной защиты и автоматизированную систему управления, сбора и обработки экспериментальных данных.

Позволяет реализовать различные режимы работы, которые могут быть использованы для широкого круга физических исследований при сверхнизких температурах.

Циркуляция 3Не в рефрижераторе растворения может осуществляться как механическим насосом, так и двумя попеременно работающими адсорбционными насосами, находящимися при температуре жидкого гелия.

Рефрижератор имеет восемь дискретных серебряных теплообменников, которые были изготовлены на физическом факультете университета г.Ланкастер (Великобритания). С их использованием минимальная температура в режиме криогенной откачки составляет ~ 5 мК.

При работе с откачкой механическим насосом, когда по условиям эксперимента не нужны температуры ниже 20 мК, рефрижератор достаточно экономичен.

При циркуляции 10-4 моль/сек. расход жидкого гелия составляет ~ 7 литров в сутки.

В настоящее время используется для исследования кинетических процессов в квантовых кристаллах.