• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Аспирантура 2018/2019

Практическая криогеника

Статус: Курс обязательный
Направление: 03.06.01. Физика и астрономия
Когда читается: 1-й курс, 1 семестр
Формат изучения: без онлайн-курса
Язык: русский
Кредиты: 3
Контактные часы: 30

Программа дисциплины

Аннотация

Курс содержит основные сведения по технике низких температур и практическим приемам работы в лаборатории низких температур. В программе курса – основы знаний в области конструкционных материалов, низкотемпературной теплоизоляции, методам ожижения газов и получения низких температур. Особое внимание уделяется современным методам получения низких и сверхнизких температур и практическим навыкам работы с жидким гелием. Часть программы посвящается изучению специальных методов, применяемых в специальных экспериментах по низкотемпературной оптической спектроскопии и созданию сильных магнитных полей с помощью сверхпроводящих соленоидов.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • В результате освоения дисциплины аспирант должен: Знать: • способы получения низких температур • методы низкотемпературной термометрии • методы проведения измерений при низких температурах. Уметь: • использовать полученные знания при проведении научных исследований Иметь навыки применения методологии экспериментальных исследований в области физики низких температур.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знание способов получения низких температур, методов низкотемпературной термометрии и проведения измерений при низких температурах. Умение применять эти знания при проведении научных исследований
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Материалы для криогенных систем
    Применение металлов, сплавов, пластмасс, стекла, композиционных материалов, их механические и теплофизические свойства при низких температурах. Влияние холода на характеристики сварных, паяных, клеевых соединений.
  • Низкотемпературная теплоизоляция
    Вакуумная изоляция. Газонаполненная и вакуумно-порошковая, экранно-вакуумная и многослойная теплоизоляция.
  • Методы ожижения газов и холодильные циклы
    Дросселирование и эффект Джоуля- Томсона, инверсионные условия. Изоэнтропическое расширение с использованием детандеров. Цикл Линде и цикл Клода. Диаграммы состояния. Газовый холодильный цикл Стирлинга. Ожижение гелия.
  • Теплообменная аппаратура
    Определение коэффициента теплоотдачи. Теплопроводность, конвективный теплообмен. Теплоотдача при кипении жидкости, пузырьковый и пленочный режимы. Особенности теплообмена в жидком гелии. Граничное сопротивление Капицы. Конструкции теплообменников.
  • Хранение сжиженных газов
    Сосуды Дьюара для азота и гелия. Основные принципы конструирования. Примеры конструкций современных гелиевых криостатов дяя исследовательских целей. Преимущества и недостатки конструкций, использующих вспомогательное азотное охлаждение. Безазотные гелиевые криостаты. Использование больших сверхпроводящих соленоидов
  • Методы получения температур в интервале 4,2 К - 0,3 К
    Охлаждение путем откачки паров гелия-4 и гелия-3. Типичные конструкции приборов. Принципиальные схемы вакуумного оборудования. Методы получения температур выше 4,2 К.
  • Рефрижераторы растворения
    Диаграмма состояния растворов 3Не - 4Не. Осмотическое давление, Энтальпия 3Не и разбавленных растворов. Основные элементы конструкции и принцип работы рефрижератора. Однократный и непрерывный режим. Расчет непрерывных теплообменников. Использование энтальпийных диаграмм для анализа работы многоступенчатых теплообменников. Предельные параметры рефрижераторов растворения. Рефрижераторы с циркуляцией Не. Рефрежираторы с криогенным циклом, использование адсорбционных и конденсационных насосов.
  • Метод адиабатической кристаллизации 3Не
    Эффект Померанчука. Фазовая и энтропийная диаграммы 3Не . Основные термодинамические соотношения. Холодопроизводительность метода и предельная температура. Конструкции кристаллизационных криостатов.
  • Метод адиабатического размагничивания
    Размагничивание парамагнитных солей. Энтропийная диаграмма и основные термодинамические соотноошения. Свойства парамагнитных солей. Ядерное размагничивание. Термодинамика метода. Взаимодействие между ядерными спинами и электронами проводимости. Влияние внешнего теплопритока. Выбор рабочего вещества. Примеры криостатов ддя ядерного охлаждения.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий контрольная работа
  • неблокирующий устный экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (I семестр)
    0.3 * контрольная работа + 0.7 * устный экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Guglielmo Ventura, & Lara Risegari. (2008). The Art of Cryogenics : Low-Temperature Experimental Techniques. Amsterdam: Elsevier Science. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=211427

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Hayes, A. E. (2011). Cryogenics : Theory, Processes, and Applications. New York: Nova Science Publishers, Inc. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=362388