2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of cryogenic pump for generating superfluid helium flow
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26610105
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
矢野 英雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (70231652)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 低温物性 / 超流体 / 量子渦 / 超流動流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超流動ヘリウムの流れを駆動するポンプを開発する。最近の我々の研究から、粘性のない超流動ヘリウムでも、量子渦を付着させた物体を動かすことで超流動の流れをつくることがわかってきた。このアイデアをもとに、量子渦を付着させた物体を回転し、超流動ヘリウムに回転流を誘起し、回転流から流れを取り出すポンプの開発を目的とする。これまでの主な研究実績は以下のとおりである。
１．超流動ヘリウムの回転流を駆動するモーターに、摩擦による発熱が小さく、また摩耗が少ないブラシレスモーターを採用した。モーター駆動には回転を検出するセンサーを必要とし、駆動制御回路も複雑になるが、回転の制御が容易に行える利点がある。
２．回転を検出する磁気センサー（ホール素子）、回転軸をサポートするベアリング、コイル磁芯のフェライトについて、低温での性能を調べた。通常の磁気センサーは低温で著しく性能が落ちるが、GaAs系ホール素子は低温でも動作することを確認した。またすべり軸受によるベアリングは低温でも動作することを確かめた。低温でもヒステリシスの小さいフェライトをコイルの磁芯に使用した。以上の工夫により、絶対温度２Ｋ以下で動作するモーターの開発に成功した。
３．モーターに６枚羽根のブレードを取り付け、超流動ヘリウム中でブレードを回転させることにより、ブレードから離れた位置でも超流動ヘリウム回転流を駆動することに成功した。この結果は、ブレードに付着する量子渦がブレードの回転によって伸張し、マクロな回転流が駆動されることを示している。
４．回転流の駆動によって、回転中心と周囲との間に圧力差が生じることを確認した。この圧力差を利用し、流れの吸入口と取り出し口を調整することで、超流動ヘリウムの定常流を駆動するポンプの開発に成功した。
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