[Искра]

Helium Cryogenics / Гелиевая криогеника


Год: 2012
Автор: Sciver S.W.V. / Скайвер С.В.В.
Жанр: Криогеника
Издательство: Springer
ISBN: 978-1-4419-9978-8, 978-1-4419-9979-5
Серия: International Cryogenics Monograph Series
Язык: Английский
Формат: PDF
Качество: Изначально компьютерное (eBook)
Интерактивное оглавление: Нет
Количество страниц: 487
Описание: В книге изложены теоретические и прикладные аспекты криогенной техники. The material contained in this book is divided into nine chapters. Chapter 1 introduces the basic principles of cryogenics, including a discussion of applications.
Chapter 2 describes the properties of materials at low temperatures, concentrating on solids. This is not only a useful background review but it also introduces some
fundamental physics, which is used in later chapters. Chapter 3 introduces helium as a classical fluid, concentrating on its physical aspects as they can be described
using classical models. Chapter 4 then discusses helium as a quantum fluid, emphasizing the theory and experimental evidence associated with superfluidity. Chapter 5 turns to the engineering problem of heat transfer in superfluid helium, and how the fundamental understanding of helium introduced in Chapter 4 can be used to describe its characteristics. Chapter 6 concentrates on the problem of heat transfer in pool boiling normal helium. Chapter 7 extends the discussion of helium to fluid flow, including heat transfer and pressure drop. Chapter 8 discusses the thermodynamic aspects of liquefaction and refrigeration systems, including a discussion of actual refrigeration systems in use today. Finally, Chapter 9 summarizes some special topics of interest to both helium cryogenics and related disciplines. The goal here is to survey a few very specific areas of helium cryogenics and related disciplines which, although slightly outside the main scope of the text, are still important in low-temperature applications.

1 Cryogenic Principles and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Temperature Scale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Historical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Applications for Cryogenics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Thermodynamic Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.1 First and Second Laws of Thermodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.2 Third Law of Thermodynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Low-Temperature Materials Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 Heat Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.1 Lattice Heat Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.2 Electronic Heat Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.3 Heat Capacity of Special Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Thermal Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Conductivities: Electrical and Thermal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.1 Electrical Resistivity of Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.2 Magneto-Resistance in Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.3 Electrical Conductivity of Semiconductors. . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.4 Thermal Conductivity of Metals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.5 Lattice Thermal Conductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.6 Contact Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4 Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5 Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5.1 Type I Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.2 Type II Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
xi
3 Helium as a Classical Fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.1 Helium Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 Gaseous Helium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2.1 Intermolecular Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.2 Virial Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.3 Empirical Equations of State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3 State Properties of Liquid He I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3.1 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.2 Thermal Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3.3 Vapor Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.4 Surface Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.4 Transport Properties of Gaseous and Liquid He I . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.1 Modeling Transport Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.2 Transport Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4 Classical Helium Fluid Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.1 Single Phase Internal Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.1.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.1.2 One Dimensional Internal Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.2 Supercritical Helium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.1 Compressible Fluid Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Experimental Confirmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3 Helium Two-Phase Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3.1 Flow Regimes and Transitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3.2 Pressure Drop Correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.3 Natural Circulation Loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4 Flow Through Porous Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5 Classical Helium Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.1 Regimes of Heat Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.2 Convective Heat Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.3 Nucleate Boiling Heat Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.3.1 Nucleation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.3.2 Heat Transfer Correlations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.3.3 Maximum Nucleate Boiling Heat Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.4 Film Boiling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.4.1 Minimum Film Boiling Heat Flux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.4.2 Heat Transfer Correlations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.5 Surface Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.6 Channel Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
xii Contents
5.7 Forced Convection Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7.2 Heat Transfer Correlations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.7.3 Two Phase Flow Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.8 Transient Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.8.1 Surface Temperature Difference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.8.2 Transition to Film Boiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Helium as a Quantum Fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.1 Ideal Quantum Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1.1 Density of an Ideal Bose Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.1.2 Internal Energy of an Ideal Bose Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.1.3 Specific Heat of an Ideal Bose Gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.1.4 Vapor Pressure of an Ideal Bose Gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.1.5 Latent Heat of an Ideal Bose Gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.2 Liquid He II Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2.1 State Properties of He II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.2.2 Transport Properties of He II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.2.3 Fountain Effect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.3 Excitations in He II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.4 Two-Fluid Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.4.1 Equations of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
6.4.2 Thermomechanical Effect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.4.3 Sound Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.4.4 Viscous Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.4.5 Heat Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.5 Vortices and Turbulence in He II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
6.5.1 Helium II in Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
6.5.2 Critical Velocities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.5.3 Mutual Friction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
6.5.4 Steady-State Heat Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
6.5.5 Forced Convection Heat Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6.5.6 Attenuation of Second Sound. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
6.5.7 Development of Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.5.8 Second Sound Shock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7 He II Heat and Mass Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.1 Steady-State He II Heat Transport in Wide Channels. . . . . . . . . . . . . 229
7.1.1 He II Heat Conductivity Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.1.2 Peak Heat Flux in Wide Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.1.3 Peak Heat Flux in Saturated He II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Contents xiii
7.1.4 He II Heat Transfer in Cylindrical Geometries. . . . . . . . . . . . 239
7.1.5 Static Bath He II Heat Exchangers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.1.6 He II Two Phase Heat Transfer and Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
7.2 Transient Heat Transport in Wide Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.2.1 He II Diffusion Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
7.2.2 Analytic Solution Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
7.2.3 Numerical Solution of the He II Diffusion Equation. . . . . . 258
7.3 Forced Convection Heat Transport in Wide Channels . . . . . . . . . . . . 261
7.3.1 He II Energy Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
7.3.2 Steady State Heat Transport: Analytic Solution. . . . . . . . . . . 263
7.3.3 Pressure Drop in Turbulent He II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
7.3.4 He II Joule Thomson Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.3.5 Transient Heat Transport in Forced Flow
He II: Numerical Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.4 Heat and Mass Transfer in Porous Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.4.1 Steady Laminar Heat Transport in He II . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.4.2 He II Heat and Mass Transfer Through
Porous Media. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.4.3 He II Fountain Pumps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
7.4.4 He II Vapor: Liquid Phase Separators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
7.5 Kapitza Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
7.5.1 Phonon Radiation Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
7.5.2 Acoustic Mismatch Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
7.5.3 Small Heat Flux Kapitza Conductance (DTT). . . . . . . . . . 289
7.5.4 Large Heat Flux Kapitza Conductance (DTT) . . . . . . . . . . 292
7.6 Film Boiling Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
7.6.1 Film Boiling Heat Transfer Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
7.6.2 Theoretical Models for Film Boiling Heat Transfer . . . . . . 301
7.6.3 Transient Film Boiling Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
8 Liquefaction and Refrigeration Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
8.1 Ideal Liquefaction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
8.2 First Law of Steady Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
8.3 Isenthalpic Expansion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
8.3.1 Joule–Thomson Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
8.3.2 Joule–Thomson Coefficient of Real Gases . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.3.3 Joule–Thomson Liquefier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.3.4 Cascade JT Liquefier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
8.3.5 He II JT Liquefier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
8.4 Isentropic Expansion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
8.4.1 Claude Liquefier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
8.4.2 Collins Helium Liquefaction System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
xiv Contents
8.5 Closed–Cycle Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
8.5.1 Isothermal Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
8.5.2 Isobaric Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
8.6 Regenerative Referigeration Cycles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
8.6.1 Stirling Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
8.6.2 Gifford McMahon Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
8.6.3 Pulse Tube Cryocoolers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
8.6.4 Hybrid Helium Liquefiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
8.7 Nonideal Refrigeration Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
8.8 Refrigeration Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
8.9 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
9 3He and Refrigeration Below 1 K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
9.1 Properties of Pure 3He. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
9.2 3He–4He Mixtures and Dilution Refrigeration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
9.3 Statistical Models for Pure 3He . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
9.4 Submillikelvin Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
9.5 Superfluid 3He . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
10 Special Topics in Helium Cryogenics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
10.1 Thermal Insulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
10.1.1 Solid Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
10.1.2 Gas Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
10.1.3 Radiation Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
10.1.4 Multilayer Insulation (MLI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.1.5 Powder Insulations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
10.2 Helium Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
10.2.1 Adsorption Thermodynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
10.2.2 Physical Properties of Helium Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
10.3 Magnetic Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
10.3.1 Paramagnetic Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
10.3.2 Thermodynamics of Magnetic Refrigeration. . . . . . . . . . . . 420
10.3.3 Continuous Magnetic Refrigerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
10.3.4 Nuclear Demagnetization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
Appendix 1 Compressibility Factor for Helium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Appendix 2 Properties of Liquid Helium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
Appendix 3 He II Heat Conductivity Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447

Доп. информация:Опубликовано группой