研究課題
前年度の液体窒素を用いた実験から、表面形状の変更によって、内部の冷却速度が変化することが明らかになった。この冷却速度の変化は、容器表面に発生する蒸気膜や蒸気泡と関係があることが示唆された。そこで、最終年度は、表面形状の変化による冷却速度の改善の定量的な評価および蒸気膜の可視化観測を試みた。次いで、液体ヘリウムによる冷却時の非定常温度変化を計算し、液体窒素による冷却時との比較を行った。得られた結果から、液体ヘリウムまたは超流動ヘリウムを用いた高冷却速度の浸漬冷却法の可能性について考察を行った。得られた結果を以下にまとめる。・液体窒素による冷却時の、冷却速度の非定常変化を計算し、表面形状を変化させた場合の、冷却速度の最大値の変化を計測した。実験は、「PPの容器のみ」と「PPの容器表面にステンレスメッシュを巻いたもの」を用意し、ステンレスメッシュは、30、60、200メッシュの3種類を用意した。ステンレスメッシュを巻いた条件のほうが、冷却速度の最大値が高くなることが分かった。一方、メッシュ数が多くなるにしたがって、冷却速度の最大値は低下することも分かった。最適なメッシュ数があると考えられる。・液体ヘリウムによる冷却において、非定常熱伝導の計算を行い、液体窒素の場合との比較を行った。結果より、液体窒素に比べて、冷却開始直後の温度低下量を大きくとることが可能であるとの結果になったので、冷却速度の改善には有効であると考えられる。液体ヘリウム、特に超流動ヘリウムによる冷却を検討した場合、冷却試料の液体ヘリウムへの浸漬方法に大きな困難を伴うことが予想される。今回の実験で、液体窒素による浸漬冷却においても、表面形状を変化させることで冷却速度の改善が確認できたので、実用化のコストを考えた場合、液体窒素を用いるほうが現実的ではあると考えられる。
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IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Advances in Cryogenic Engineering
巻: 274 ページ: 1-7
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/278/1/012124
