所以在低溫端可以利用粗管道對(duì)3He液浴減

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　　低于1K的溫度叫做超低溫。獲得這樣低的溫度，除人們所熟知的，通過對(duì)4He液浴減壓可達(dá)溫度約0.5K外，還有下列方法：利用3He液浴減壓溫度可達(dá)到0.3K；利用硝酸鈰鎂(CMN)等順磁鹽進(jìn)行絕熱去磁,可達(dá)到幾毫開溫區(qū)；利用3He-4He稀釋致冷機(jī)可達(dá)1.5mK，利用坡密朗丘克冷卻和絕熱核去磁可達(dá)到更低的溫度。

　　techniques for ultra-low temperature;

　　1933年，美國物理學(xué)家焦克首先用順磁鹽絕熱，獲得0.25K的低溫。1950年德克勒用銘釩和鋁釩的混合晶體絕熱去磁方法，獲得1.4×10

　　K的低溫，1956年牛津大學(xué)的庫爾蒂和P.E，西蒙等人使銅原子的溫度下降到2×10

　　K。1979年，芬蘭赫爾辛基技術(shù)大學(xué)低溫試驗(yàn)采用兩級(jí)串聯(lián)的核磁矩絕熱去磁方法，使銅核自旋系統(tǒng)達(dá)到0.5×10

　　K低溫記錄，它距零度只差5億分之一。1898年H.卡末林.昂內(nèi)斯以液態(tài)空氣預(yù)冷氫，利用焦耳-湯姆孫效應(yīng)使氫氣液化（氫的沸點(diǎn)為33.3K），獲得接近于零度低溫的技術(shù)。C.von林德利用節(jié)流膨脹焦耳-湯姆孫效應(yīng)，制成空氣液化機(jī)（空氣中氮的沸點(diǎn)為126.2K，氧的沸點(diǎn)為154.8K），并于1895年創(chuàng)辦了大型液化空氣工，1908年昂內(nèi)斯用液氫作預(yù)冷使難液化的氦液化（氦的臨界溫度為5.3K）。1934年P(guān).卡皮察制成了不需液氫只用液氮預(yù)冷的氦液化機(jī)。液氦在1個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)為4.2K，用減壓蒸發(fā)法可得0.5K以下的低溫。

　　超低溫技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用到今天已經(jīng)有了較大進(jìn)展，主要應(yīng)用于能源（超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)電機(jī)等），交通（磁懸浮列車、船舶磁推進(jìn)器），醫(yī)療衛(wèi)生（核磁共振成像、生物磁儀器等），電子技術(shù)（超導(dǎo)微波技術(shù)應(yīng)用、各類超導(dǎo)傳感技術(shù)、半導(dǎo)體—超導(dǎo)體集成電路、高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱超導(dǎo)計(jì)算元件等），重大科學(xué)工程（加速器、受控?zé)岷搜b置等）和國防技術(shù)（超導(dǎo)反潛、掃雷、飛船載入、電磁推進(jìn)、通訊及制導(dǎo)等）等領(lǐng)域。

　　利用3He蒸發(fā)的低溫恒溫器是獲得1K以下溫度的簡便的方法。3He的質(zhì)量小，零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，因此在所有的溫度下它的蒸氣壓比4He都要高。此外，因不存在3He膜，也就沒有沿著3He膜的傳熱或3He蒸發(fā)而產(chǎn)生的額外漏熱。步入式高低溫試驗(yàn)室所以在低溫端可以利用一粗管道對(duì)3He液浴減壓，獲得比利用4He液浴減壓所能達(dá)到的更低的溫度。3He的正常沸點(diǎn)是3.19K，通過減壓可達(dá)稍低于0.3K的溫度。

　　順磁鹽絕熱去磁又稱磁冷卻。順磁鹽中含有鐵或稀土族元素，步入式高低溫試驗(yàn)室其3d或4f殼層沒有填滿因而具有磁矩。當(dāng)溫度高于順磁鹽的磁有序特征溫度θ 時(shí)(見順磁性)，各個(gè)離子間因相互作用較小，比較自由，順磁鹽可看作是一個(gè)混亂取向的偶極子體系。當(dāng)達(dá)到溫度θ時(shí)，發(fā)生偶極子的自發(fā)取向，系統(tǒng)的熵

　　減小。當(dāng)Tθ時(shí)，如果施加一外磁場B=Bi，從體系的溫－熵圖（圖1）可看出，外磁場引起的偶極子擇優(yōu)取向，使體系的熵減少。因此， 如果在減壓4He或3He液浴中將順磁鹽預(yù)冷到某一溫度Ti，然后在與液氦浴保持熱接觸的條件下施加外磁場進(jìn)行等溫磁化，體系在這過程中釋放出來的磁化熱為液氦浴所吸收，熵下降。再使鹽與周圍環(huán)境絕熱，并將磁場降至B=Bi或零。這樣就可以獲得顯著的降溫效果，得到T=Ti或T=T0的溫度。絕熱去磁所能達(dá)到的終溫度取決于外磁場強(qiáng)度和順磁鹽的磁有序化特征溫度。W.F.吉奧克于1933年完成了順磁鹽絕熱去磁實(shí)驗(yàn)，獲得了千分之幾開的低溫。

　　1956年H.倫敦提出稀釋致冷機(jī)的原理，1965年臺(tái)稀釋致冷機(jī)誕生，它是利用3He-4He混合液的性質(zhì)設(shè)計(jì)的致冷機(jī)。3He和4He的混合液在0.87K以上溫度時(shí)是完全互溶的溶液，在0.87K以下時(shí)發(fā)生相分離，即分成含3He較多的濃相和含3He較少的稀相兩部分，兩者間構(gòu)成一界面，濃相浮于稀相之上。當(dāng)3He原子從濃相通過界面進(jìn)入稀相時(shí)，類似于普通液體通過液面蒸發(fā)成氣體，要吸熱致冷。進(jìn)入稀相的3He原子通過循環(huán)系統(tǒng)重新回到濃相。稀釋致冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，致冷能力強(qiáng)，可長時(shí)間連續(xù)工作，可得穩(wěn)定的可調(diào)節(jié)的超低溫，這是傳統(tǒng)的順磁鹽絕熱去磁法所無法比擬的，現(xiàn)已獲廣泛應(yīng)用。用此法得到的溫度為1.5mK。

　　溫度在0.32K以下時(shí)，液態(tài)3He的熵比固態(tài)3He的熵要小，高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱因而加壓發(fā)生液－固相變時(shí)要吸熱，從而達(dá)到致冷效果。此法由I.Y.坡密朗丘克于1950年提出，1965年實(shí)驗(yàn)成功。此法常在稀釋致冷機(jī)的基礎(chǔ)上使用，可達(dá)到的極限低溫為1mK。1972年在此低溫附近發(fā)現(xiàn)了3He的超流新相（見液態(tài)氦）。

　　原子核的自旋磁矩比電子自旋磁矩要小得多，步入式高低溫試驗(yàn)室故原子核磁矩間的相互作用也比電子磁矩間的相互作用弱得多。直到mK溫度范圍，核磁矩仍然是混亂取向，因而可用核絕熱去磁法使核系統(tǒng)降溫。通常以稀釋致冷機(jī)預(yù)冷，用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生強(qiáng)磁場，使核自旋磁化，再絕熱去磁。此法由C.J.戈特和N.庫爾蒂分別于1934年和1935年提出，1956年庫爾蒂成功地使金屬銅的核自旋溫度冷卻到16μK。后來用二級(jí)核絕熱去磁使核自旋溫度達(dá)到50nK（5×10-8K）的極低溫，次觀察到銅中核磁矩的自發(fā)反鐵磁排列。物質(zhì)內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)包括核自旋運(yùn)動(dòng)、晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)，3種運(yùn)動(dòng)對(duì)內(nèi)能都有貢獻(xiàn)，在較高溫度時(shí)3種運(yùn)動(dòng)間的能量交換迅速，可處于熱平衡狀態(tài)，可用同一溫度來描述。在極低溫度下，三者間的能量交換較慢，高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱不能很快建立熱平衡，故應(yīng)區(qū)分與不同運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的溫度。與核自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的溫度稱為核自旋溫度。核絕熱去磁只能降低核自旋溫度。盡管核自旋溫度已降到50nK量級(jí)，但晶格溫度可能仍為mK量級(jí)。

　　尹延國,黃錄官. 超低溫技術(shù)在提高工模具壽命方面的應(yīng)用[J]. 模具工業(yè),1997,(05):34-36.

　　陳隆智,蔣大宗. 氦和超低溫技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J]. 國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),1980,(04):13-16.
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