超流動ヘリウムにおける極限温度で観測される異常熱輸送問題の解消

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04930
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 高田 卓 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30578109)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡村 崇弘 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (90415042) ; 濱口 真司 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00311209)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 超流動ヘリウム / 実効的熱伝導率 / 超低温 / 極小流路

Outline of Annual Research Achievements

初年度は、実験装置の根幹部であるガラスデュワー用のトップフランジ製作、極細管を用いたゴーターミリンクチャネルの製作を行った。ゴーターミリンクチャネルは真空槽を設けた、システマティックエラーの少ない装置製作を行った一方で、事前的な実験としてGFRPを用いた簡易的な断熱を施したゴーターミリンクチャネルによって飽和超流動ヘリウム中の熱伝導度測定、ガラスデュワーと大型ロータリーポンプ、バルブ制御系全体を含めた系全体の冷凍能力測定や最低到達温度測定などを実施するなどした。これにより、2.17～1.2K程度までの実効熱伝導度測定では細管径を0.1～2㎜程度までパラメータとして変化させた実験が可能であることが判明した。実験のSN比に困難を伴うが、1.1K程度まで極細管でのみ実験が可能であり、本研究計画を遂行する条件を満たすシステムが構築できた。
GFRPによる事前実験ではおおよその温度差ー熱流束の相関関係については測定できたものの、実験前からの懸念であった熱リークによるシステマティックエラーは大きく、先行実験によって多くの実験データのある２K付近のデータにおいても絶対値が大きくずれており、GFRPによる実験では、実験シークエンスや実験システムの健全性を評価するのみに留まった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナ禍の影響を受け、出勤数が減り実験が滞ってしまったほか、特に海外製品において物品の入荷にかかる時間も倍増したものがいくつか出てきてしまったことで全体を通じて3，4ヶ月分の遅れを生じている。

Strategy for Future Research Activity

本研究ではラムダ点近傍の温度域と1.4K未満の温度領域の超流動ヘリウムの2つの極端温度の実験の両面を同時に遂行する計画であったが、比較的実験装置の改造箇所が少なくて済むよう1.4K以下について先行して注力して進めることで、差し当たっての実験装置製作期間を短くすることで、研究計画のステップを細かくしコロナ禍による在宅勤務等の影響を小さく抑えることを考えている。

Causes of Carryover

コロナ禍のため、出席予定であった国際学会が延期になり当初予定していた旅費が使用されなかったほか、研究計画の遅れによって消耗品費が支出が少なくなったため。2021年度については、研究を加速させ遅延を取り戻すために自作予定の治具のいくつかを外注する資金に使用する他、ウェブ開催となった国際学会等への参加も積極的に進める。