寒剤を用いない簡便な超低温稀釈冷凍機の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07559016
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 久保田 実 東京大学, 物性研究所, 助教授 (60192035)
• 研究分担者: 鰭崎 有 鈴木商館(株), 低温事業部, 技師長
• キーワード: 稀釈冷凍機 / 寒剤を用いない小型冷凍機 / ミリケルビン / 連続運転 / パルス管冷凍機 / 超低温 / 低振動 / 世界初

研究概要

当初3カ年計画で申請した当開発研究は、初年度の一昨年6月、補正予算の成立によって、その内定が伝えられ、準備に掛かったものである。第2年度の今年が、最終年度とされたため、全体的にかなり時間的に無理な計画となっている。
本研究は、研究代表者らによるJT予冷稀釈冷凍機の経験と研究協力者らによる4Kパルス管冷凍機の経験を元に、「寒剤を必要としない、連続運転の出来る超低温実験を可能とする稀釈冷凍機」を開発しようとするものである。前者は、循環する^3He自身を、分溜室から蒸発させる^3Heの寒冷を用いて充分高温で予冷した後、ジュール・トムソン膨張により低温を得、更に分溜室の寒冷とで完全に液化するという予冷過程を持った稀釈冷凍機で、温度とエンタルピーバランスを工夫することで、寒剤としての液体Heを必ずしも必要としない。後者は、Heの気柱振動の位相と温度分布を制御することによって、室温から、3K以下までの冷凍をほとんど機械的振動無しに行うもので、低温工学の最先端の一つである。
本年度先ず、初年度8月に開いたものと同様の研究合宿を96年6月に開き、関係者の意志疎通を図った。と、同時にパルス管予冷稀釈冷凍冷機の実験架台、真空容器、He圧縮機、真空ポンプ類を物性研究所、本館地下の実験室に設置した。充分な冷凍能力を持たせる必要から、1段目ギフォード・マクマフォン(GM)冷凍機2段目パルス管冷凍機のハイブリッド冷凍機を4K程度までの予冷に用いることにし、振動を伴うGM部分を真空容器の中で機械的に切り放す工夫を行った。振動を切り放すことと、熱的に良好な接触を得ることは、相矛盾することが多く、実験的に最良のコンビネーションを調べた。稀釈冷凍部は、限られた予算で、主に自作しているが、一部部品を購入し、時間の短縮に努めている。実験的研究の経過を低温工学会に発表している(96.11.大阪,97.5.筑波)。

研究成果

• [文献書誌] J.L.Gao,Y.Hiresaki,and Y.Matsubara: "A Hybrid Two-Stage Refrigerator Operated at Temperatures below 4K" to be published in"Advances in Cryogenic Enfineering". Vol.41. (1996)
• [文献書誌] Minoru Kubota,Tatsuya Yano,Takeshi Iida,Goh Ueno,他: "Mass transport in thin superfluid 4He films in porous media" Czechoslovak J.Phys.Vol.46,Suppl.S1 437. (1996)
• [文献書誌] Muneyuki Fukuda,Maxim Zalalutdinov,Vladimir Kovacik,Takeshi Igarashi,and Minoru Kubota: "AC flow effect on a vortex state in thin 4He superfluid films on porous glass" Czechoslovak J.Phys.Vol.46,Suppl.S1 143. (1996)
• [文献書誌] Maxim Zalalutdinov,Vladimir Kovacik,Muneyuki Fukuda,Takeshi Igarashi,and Minoru Kubota: "Rotation induced vortices in superfluid 4He films on porous substrate" Czechoslovak J.Phys.Vol.46,Suppl.S1. 39 (1996)
• [文献書誌] Yoshitomo Karaki,Minoru Kubota,imoto: "Specific heat below 1 mK and the electric-field gradient in indium" Phys.Rev.B. 54. 427 (1996)
• [文献書誌] Yoshitomo Karaki,Yoshihiro Koike,Minoru Kubota,Hidehiko Ishimoto,and Yoshichika Onuki: "Nuclear Magnetism of PrIn3" Czechoslovak J.Phys.Vol.46,Suppl.S4. 209 (1996)