回転冷凍機を用いた超流動3He-A相中の量子渦格子の観測

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05169
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松原 明 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00229519)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高木 丈夫 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (00206723) ; 上野 智弘 京都大学, 医学研究科, 助教 (10379034)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 超流動3He / 量子渦 / NMR / MRI

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，回転させた異方的超流動3He-A相に生じる量子渦の観測を目的としている。
特に，量子渦が作る格子（渦格子）の観測を行い，量子渦の構造や散逸メカニズム等についての知見を得たいと考えている。
平成28年度は当初，前年度に発覚したサンプルの導入管のリークを，サンプル導入管を新規のものに置き換えることにより修理を行った。しかし，サンプル導入管のリーク箇所を特定する過程において，希釈冷凍機システムに液体窒素温度で発生するリークが新たに見つかった。このリークは室温では検出することができず，液体窒素温度で初めて検出できる類のものであった。さらにリーク量が 3x10^-6 Pa m^3/s 程度であり，ヘリウムリークディテクターを用いないと検出できない程度のごく微量なものであった。リーク発生場所の特定のためには疑わしい箇所に細工を施した後，液体窒素温度に冷却してリークを調べるという過程を何度も繰り返す必要があり，リーク発生場所の特定に時間がかかった。最終的に1Kプレートと呼ばれる箇所への液体ヘリウム導入ライン上で，流路抵抗（フローインピーダンス）を構成しているキャピラリー（極細管）にリークが存在している可能性が高いことを発見し，現在その修復を行っている。また，回転冷凍機のテストとして、超流動ヘリウムの量子渦の減衰を第２音波で観測するための試料容器の設計を行い，測定素子等の基礎的なテストを合わせて行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在，希釈冷凍機システムに漏れがあり，作業が遅れている。漏れが液体窒素温度という極低温で発生したため，発生箇所の特定に非常に時間がかかってしまっているが，リークの箇所がほぼ特定できたため，現在その修復に努めている。修復完了後速やかに冷却テストを行い，次のプロセスに進みたいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

現時点では冷凍機システムの不備のため，未だ液体ヘリウム温度(4.2K)での作業が行えず，超流動3Heの状態に達していない。そのため，測定システムや試料セルの性能の評価ができていない。できるだけ速やかに低温での漏れを克服して冷凍可能な状態にもっていき，冷凍機システムの性能評価および，測定系の感度向上のテストや，試料セルのテストを行いたい。回転冷凍機のテストとして、第２音波を用いて、量子渦の減衰を観測し、量子渦の構造や散逸メカニズムへの新たな知見を得たいと考えている。また，試料セルのテストでは，試料セルの構造や発生する熱の状況，得られる測定データの質などの評価を行い，最終的な超流動3He-A相の渦の観測につなげたいと考えている。

Causes of Carryover

冷凍機システムに発生したトラブルのため，寒剤の使用が少なかったためである。

Expenditure Plan for Carryover Budget

冷凍機システムの修復後，寒剤を利用した実験を行う。