3He-4He希釈冷凍法

3He-4He希釈冷凍法とは極低温領域での冷却法のひとつ。液体ヘリウムを使った冷却では冷やせない、さらに低温の冷却を行う。1K以下での冷却法の現在の主流である。以下に3He-4He希釈冷凍法の原理について説明する。

ヘリウムには、³Heと⁴Heが同位体として存在しており、自然界では⁴Heが主体である。³Heはフェルミ粒子であり、⁴Heはボース粒子である。⁴Heは極低温で超流動を起こす。³Heの液体は⁴Heの液体に比べて比重が軽くお互いはあまり溶け合わない。

この２つの液体を図のような容器に入れて片側から排気ポンプで圧力を下げていくと、³Heの方が多く蒸発していく。タンクの上部に分離して浮いている³Heも⁴Heとの境界面であたかも蒸発するように⁴Heの中へ溶け込んでゆく。このとき³Heは気化熱を奪われ温度が下がる。

このような操作により温度は最初の１K付近から10^-3Kぐらいまで下げられる。

出典

新しい物性物理　伊達宗行 講談社BLUEBACKS　ISBN4-06-257483-7