search query: @keyword low temperature / total: 7
reference: 6 / 7
Author: | Salmela, Anssi |
Title: | Thermometry at microkelvin range for 3He/4He adiabatic melting experiment |
Lämpötilan mittaus mikrokelvin alueella adiabaattisessa 3He/4He sulatuskokeessa | |
Publication type: | Master's thesis |
Publication year: | 2006 |
Pages: | 67 Language: eng |
Department/School: | Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto |
Main subject: | Fysiikka (Tfy-3) |
Supervisor: | Hautojärvi, Pekka |
Instructor: | Tuoriniemi, Juha |
OEVS: | Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning CentreIn the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network. The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/ You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.
Logging on to the customer computers
Opening a thesis
Reading the thesis
Printing the thesis
|
Location: | P1 Ark TF80 | Archive |
Keywords: | low temperature thermometry 3He/4He mixture vibrating wire resonator matala lämpötila lämpötilan mittaus 3He/4He seos värähtelevä lanka |
Abstract (fin): | Teknillisen korkeakoulun Kylmälaboratorion YKI ryhmässä on tutkittu heliumseoksia erittäin matalissa lämpötiloissa. Tutkimusten ensisijaisena tavoitteena on havaita laimean helium-3 liuoksen suprajuoksevuustransitio helium-4 supranesteen seassa. Uusimpana keinona jäähdyttää seos erittäin matalaan lämpötilaan käytetään adiabaattista helium-4 kiteen sulatusmenetelmää, joka perustuu heliumin isotooppien sekoittumisesta aiheutuvaan lämmön sitomiseen. Uuden menetelmän ideana on käynnistää isotooppien sekoittuminen vasta puhtaan helium-3 nesteen suprajuoksevuustransitiolämpötilan alapuolella, jolloin jäähdytettävän nesteen ominaislämpökapasiteetin raju lasku mahdollistaa hyvin alhaisen loppulämpötilan saavuttamisen. Tämän diplomityön tarkoituksena on esitellä kokeessa käytettyjen lämpömittareiden rakennetta ja toimintaa. Heliumnesteen lämpötilaa mikrokelvin alueella mitattiin kolmella tavalla: tutkimalla platinanäytteen ydinmagnetisaatiota, tarkkailemalla seokseen kasvatetun helium-4 kiteen sulamispainetta sekä mittaamalla suprajuoksevan helium-3 nesteen aiheuttamaa vaimennusta mekaaniseen värähtelijään. Tutkittava platinanäyte on kiinnitetty koekammion seinään ja sen ydinmagnetisaatiota staattisessa 13.7 mT magneettikentässä tutkitaan ydinmagneettisen resonanssimittauksen (NMR) avulla. Näytteen suskeptibiliteetti on Curien lain mukaan kääntäen verrannollinen lämpötilaan. Koekammion painetta mitataan herkällä differentiaalisella kapasitiivisella paineanturilla. Helium-4 kiteen sulamispaineen lämpötilariippuvuus on ennustettavissa, ja matalissa lämpötiloissa se riippuu lämpötilan neliöstä. Suprajuoksevan helium-3 nesteen aiheuttamaa mekaanista vaimennusta tutkitaan värähtelevä lanka viskometrin avulla. Värähtelevä lanka on yksinkertainen sähkömagneettisesti eksitoitava värähtelijä, jonka resonanssiviivan leveys ja taajuus riippuvat väliaineen ominaisuuksista. Lämpötilan ollessa selvästi suprajuoksevuustransitiolämpötilan (2.5 mK) alapuolella, suprajuoksevan helium-3 nesteen aiheuttama mekaaninen vaimennus pienenee eksponentiaalisesti käänteisen lämpötilan funktiona. Sulatuskoelaitteiston ensimmäinen jäähdytys kesti noin kuusi kuukautta, ja kokeen aikana heliumseos onnistuttiin jäähdyttämään noin 0.2-0.3 mK lämpötilaan. Lämpömittareista yksikään ei toiminut luotettavasti alhaisimmissa saavutetuissa lämpötiloissa. Platina NMR mittauksen tarkoituskaan ei ollut mitata heliumnesteen lämpötilaa vaan koekammion seinän lämpötilaa, joka alle millikelvinin lämpötiloissa poikkeaa selvästi nesteen lämpötilasta, suuren termisen vastuksen johdosta. Sulamispainemittauksessa ongelmia aiheutti mittauksesta johtuva lämmitys, jonka johdosta painemittaria ei voitu käyttää erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Myöskin paineen ja lämpötilan riippuvuuden määrittäminen helium-3 nesteen suprajuoksevuustransitiolämpötilan alapuolella osoittautui ongelmalliseksi. Värähtelevä lanka viskometrillä onnistuttiin mittaamaan lämpötilaa noin 0.3 mK saakka, jolloin väliaineen vaimennus oli laskenut niin vähäiseksi että viskometrin sisäinen vaimennus muodostui hallitsevaksi energiahäviöksi ja resonanssiviivan lämpötilariippuvuus saturoitui. Uuden jäähdytysyrityksen valmistelut ovat meneillään. Ensimmäisen jäähdytyskerran kokemusten perusteella koelaitteistoa kehitetään. Myös lämpömittareiden parantamiseksi ja erityisesti mittausalueen laajentamiseksi kohti matalampia lämpötiloja on ideoita joita kokeillaan ja jotka mahdollisesti otetaan käyttöön. Sekä platina NMR- että sulamispainemittarin sijaintia suhteessa koekammioon aiotaan muuttaa. Viskometrin herkkyyttä pyritään lisäämään materiaalivalinnoin, sekä mittarin rakennetta ja geometriaa parantamalla. |
ED: | 2006-06-14 |
INSSI record number: 32010
+ add basket
INSSI