最高冷的元素——氦

正在元素周期表中,氦元素排在第二,原子核外只有一个轨道,并且被两个电子完全占据,没有额外的电子可以参与成键,属于最轻的惰性元素。氦有3He和4He两种同位素,氦气常压下的沸点是4.2 K,是最难液化的气体。液态氦在温度下降至2.18 K时,性质发生突变,成为一种超流体,能没有粘滞力地流动,热导率变得非常高,约为铜的800倍;其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。因此在元素单质中,氦不仅是温度最低的流体,也基本不参与其他元素的化学反     

~3He的超流新相

通常的液体氦(～4He)冷到2.17K时转变为超流态.超流的～4He(通常称为HeⅡ)有许多奇特的性质,例如能够无阻地通过很窄的毛细管,特别高的热导率,爬行膜现象等等,这些都早已为人们所熟知. ～4He的同位素～3He。在天然的氦气中是极少的,约占百万分之一.五十年代初,原子核工业的发展才使人们能够得到稍多一点的～3He,开始了对它的研究. ～3He的临界温度是3.34K,临界压力是1.15个大气压,常压下沸点是3.2K.和～4He一样,零点能很高.常压下一直到绝对零度还是液体,只有在34个大气压下才固化.～3He会不会像～4He那样.当温度下降时也转变成超流态…     

连续循环的^3He致冷机

本文介绍了一台实验室自制的连续循环~3He 致冷机.最低温度0.32K.在0.5K 时的制冷功率约1mw.所用~3He 气体5升(NTP).~3He 系统由机械泵和增压泵循环.机械泵由2XZ-4型改装.使用一年多未发现明显漏气.1K 减压池采用可调流阻的连续流式1K 板.     

超导合金物理

超导现象在1911年已被荷兰物理学家卡姆林-翁纳斯(Kamerlingh-Onnes)发现。他研究氦温度(接近氦沸点,即从绝对零度算起等于4.2°K)下金属的电阻,观察到大约在4°K时,水银的电阻突然下降为零。此后,在很多纯金属和合金中也观察到这种现象,因而称之为超导电性。不同金属转变为超导态的温度不同,但都很低,以铌化锡合金(Nb_3Sn)为最高,为18°K。     

K(4P_J)-N_2,He碰撞转移及猝灭截面的测量

利用770nm脉冲激光激发基态K原子到K(4P1/2)态,在样品池中,利用原子荧光光谱方法,测量了K(4PJ)和N2、He碰撞的精细结构转移截面和碰撞猝灭截面。在不同N2、He气体密度下,通过对4P1/2→4S1/2共振荧光与4P3/2→4S1/2转移荧光的时间积分荧光强度进行测量,得到其荧光强度比与N2、He密度成线性关系。从荧光强度比R与(Nv)-1线性关系图中的直线斜率可以得到4P1/2→4P3/2转移截面为(2.77±0.69)×10-15cm2和4P3/2→4P1/2的碰撞转移截面为(1.62±0.41)×10-15cm2,从直线的截距计算出K(4P3/2)与N2、He的碰撞猝灭截面为(0.40±0.12)×10-15cm2和(0.60±0.18)×10-16cm2。     

He/C3H8(60/40)气体增益的实验研究

利用正比计数管测量了氦基混合气体He/C3H8(60/40)在55Fe 5.9keV X射线下的气体增益，并对气体增益随高压、温度、气压及气体比分的变化作了研究. 作为比较还对He/CH4(60/40)及Ar/CO2/CH4(89/10/1)混合气体进行了相应的测量.     

近代的氦液化器

目前,液态氦在科学研究中主要作为唯一的冷却剂,利用它可以使溫度接近絕对零度。液态氦在正常大气压下的沸点为4.22°K;而減压时溫度可降低到1°K。液态氦的蒸发潛热并不大(4.6千卡/公斤),这就增加了用它作冷却剂时的困难。因此对液态氦容器的絕热性能就提出很高的要求。 1908年,荷兰物理学家卡麦尔林格、奥湼斯首先实現了氦的液化。他利用了(經过液态     

高n双电子复合伴线对类氦镁离子 Kα共振线贡献的理论计算

利用多组态Dirac-Fock方法计算了类氦镁离子的双电子复合截面.分析了类氦镁离子的高n双电子伴线结构及其对类氦镁离子Kα共振线的影响.结果表明类氦镁离子的高n双电子伴线几乎都分布于Kα共振线的长波一侧.随着n的增加,DS强度呈现明显减小的趋势.虽然来自KLM(n=3)的发射线最强,但n>3的部分依然给出了非常重要的贡献.即便是来自n>10的共振的贡献也是不可忽略的.并且高n双电子伴线随着n的增加不断接近Kα共振线,导致和Kα共振线的强烈混合.在实验测量中会使Kα共振线峰位的测量值向长波方向移动,使谱形加宽,并且增强了Kα共振线测量值强度.     

稀玻色气体的超流动性

1925年爱因斯坦发表了著名的关于玻色凝聚的文章以来,人们一直期望能在实验上得到证实.为解释超流波体氦(4He)不寻常的性质,1938年他敦(F·London)提出液体氦从正常相到超流相的相变是一种坡色凝聚现象,其主要根据是计算出的凝聚温度3.1K和超流相变温度2.17K很接近,这种看法大体正确.但是严格地说,液体氦是强相互作用的多体系统,并不是理论所讨论的可以忽略相互作用的理想的玻色系统,这反映在某些性质和理论结果有定性上的不同.在压强增高,单位体积的4He原子数n增加时,按照理论,凝聚温度Tc正比于n2/s,Tc应上升,实际上却是下降的.此外,在…     

bcc Fe的刃型位错中氦-空位团的稳定性

 采用周期性原子阵列方法建立bcc Fe中的刃型位错,利用分子动力学计算了0 K时bcc Fe的位错芯里氦-空位团的稳定性,并与理想Fe晶体里氦-空位团的稳定性进行比较发现,位错的作用导致氦-空位团不稳定。点缺陷（He、空位与自间隙Fe原子）与氦-空位团的结合能与团中氦-空位比例密切相关,当氦与空位数之比在3~6时,结合能趋于稳定。     

1938年1月:超流体的发现

当氦-4降温至低于2.2K时,它会开始出现一些很奇特的行为——液态氦几乎可以毫无阻力地通过细管,甚至可以爬上管壁,溢出管外。尽管液态氦早就出现奇特的现象,但是科学家还是在将氦液化过后的30年才发现它的超流体性。1908年,Heike Kamerlingh Onnes首度在荷兰的Leiden大学将氦液     

稀释制冷——一种获得极低温度的新方法

长期以来,人们要得到液体氦(He4)温度以下(<1K)直到毫开(mK,即千分之一开尔文)范围的温度,只有用顺磁盐绝热去磁的方法.这种方法不能连续制冷,只能在较短的时间内维持所得到的低温,冷却能力也很低,给实验工作带来了很大的限制.五十年代末期,由于从核反应中能够得到较多He4的同位素He3,人们可以利用He3液体的蒸发得到稳定的温度约0.3K.在对He3-He4溶液性质进行研究的基础上,1965—1966年期间,发展起一种能够得到mK温度的He3稀释制冷机.这种方法简单可靠,冷量(即冷却能力)大,能长时间(几天到一月)地连续工作,能够得到稳定可调节的温度,具…     

一种可用于极化~3He实验的新型磁场系统

原子核自旋极化的~3He气体已被深入研究并广泛用于各种科学实验.在过去的极化~3He实验中,为了减小磁场梯度对纵向弛豫时间的影响,通常会建造大尺寸的亥姆霍兹线圈来提供所需均匀度的主磁场环境.本文通过计算得到了新的六正方形线圈系统,可以为极化~3He实验提供小型高均匀性的磁场装置.其中线圈系√统内部超过30%的区域磁场梯度满足(|▽B_x|~2+|▽B_y|~2)/B_0 10~(-4)cm~(-1),这一均匀区域比例超过了现在所有用于极化~3He实验的线圈装置.对于其他需要大均匀区域磁场环境的研究实验,新的六线圈系统也具有很好的应用价值.     

存在缓冲气体的Cs蒸气中的三体碰撞

本文研究了Cs(6P3/2) Cs(6P3/2) He→Cs(4FJ) Cs(6S1/2) He的碰撞能量转移过程.在温度为337～357 K,利用单模半导体激光器共振激发Cs原子至6P3/2态,利用另一与泵浦激光束反向平行激光束作为吸收线探测6P3/2态原子密度及其空间分布.缓冲气体增大了两个6P3/2原子间的能量转移,这可从测量由两个Cs(6P3/2)原子碰撞而被布居的4FJ态所发射的荧光得到证实.得到三体碰撞速率系数为(1.35±0.18)×10-27 cm6s-1,(2.22±0.21)×10-27 cm6s-1.     

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利用一套四极质谱气体分析与测试系统,开展MicroVision Plus四极质谱计的氦(He)、氘(D2)分辨性能实验。分别向分析室送入He和D2,记录质谱图,得到质量刻度和分辨率等信息。He+峰位为(4.0022±0.0006)amu;D2+峰位为(4.0246±0.0006)amu。在10-6～10-4Pa的分压范围,观察到He和D2的分辨率随其分压强的增大而减小。在10-7Pa-m3-s-1的He漏孔条件下,调节D2送气量,He+/D2+分压峰值比在10-1量级可以分辨出He。     

超流~3He涡旋线中的新发现

超导体中磁通线及超流He中涡旋线的存在,早已为人们所熟知.它们的结构是简单的,都是在直径约为相干长度的正常态的芯子外面环以超流,具有轴对称性.磁通线的磁通量和涡旋线的环量都是量子化的,分别为一个磁通量子和环量量子,这是在超导体及超流4He中特有的宏观量子现象.1972年发现的液体3He的超流相,虽然是一种新型的超流相,但由于它的宏观量子性,人们自然地认为会有涡旋线存在,这已为后来的实验所证实. 近两年利用赫尔辛基低温实验室中能达到mK温度的旋转恒温器,芬兰和苏联的科学家发现了两个完全出乎人们意料的结果.这是在旋转的超流液体…     

基于发射光谱研究多针-板式水中He介质阻挡放电

采用多针-板式介质阻挡放电电极结构,并利用发射光谱研究了水中氦气等离子体的放电特性.实验结果表明:He等离子体中富含He*,Hα*,Hβ*,O*,OH*,N2*以及N2+等多种活性粒子,并且有效功率、气体温度、电子激发温度随峰值电压的增大几乎线性地增大,传导电流远大于位移电流.当峰值电压从7kV增大到10kV时,有效功率最大值约65W,气体温度从414K增大到498K,而电子激发温度从4 489K增大到4 635K.     

氦-3状态方程研究进展第一部分:固-液、气-液饱和线以及临界区状态方程

宽温度和压力范围内的3He详细热力参数数据对进行极低温基础科学研究和制冷特性研究是至关重要的,但至今尚缺乏一个热力学统一的解析形式状态方程来准确描述1K左右到室温300K温区的3He热力学性质.在收集和整理各类研究3He热力性质文献的基础上,总结了3He固-液、气-液饱和线以及临界区状态方程的研究状况.这项工作不仅能为关心3He局部区域性质的研究人员提供总结,而且可为今后开发宽范围的3He热力学状态方程提供参考.     

氦同位素与氢分子碰撞的振转激发分波截面研究

用密耦近似方法和Tang-Toennies势模型计算了E=0·7eV时,氦原子的四种同位素3He,4He,9He,10He与氢分子H2碰撞体系的振转激发分波截面.通过分析各碰撞体系分波截面的差异,探讨了He(3He,4He,9He,10He)-H2碰撞体系的弹性碰撞、纯转动激发和振转激发情况下,其分波截面随量子数和体系约化质量的变化规律.     

采用对应态原理预测氦-3的p-v-T性质

本文以4He和Ne作为参考流体,采用四种对应态原理形式分别对氦-3的p-v-T性质进行了预测.结果表明,采用量子三参数对应态原理预测氦-3低密度下的p-v-T性质具有较高精度和较广的预测范围.