Аспирантура
2018/2019
Практическая криогеника
Статус:
Курс обязательный
Направление:
03.06.01. Физика и астрономия
Кто читает:
Базовая кафедра физики низких температур Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН
Когда читается:
1-й курс, 1 семестр
Формат изучения:
без онлайн-курса
Преподаватели:
Завьялов Виталий Вадимович
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
- 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
- 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
- Материалы для криогенных системПрименение металлов, сплавов, пластмасс, стекла, композиционных материалов, их механические и теплофизические свойства при низких температурах. Влияние холода на характеристики сварных, паяных, клеевых соединений.
- Низкотемпературная теплоизоляцияВакуумная изоляция. Газонаполненная и вакуумно-порошковая, экранно-вакуумная и многослойная теплоизоляция.
- Методы ожижения газов и холодильные циклыДросселирование 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 аппаратураОпределение 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 газовСосуды 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 КОхлаждение путем откачки паров гелия-4 и гелия-3. Типичные конструкции приборов. Принципиальные схемы вакуумного оборудования. Методы получения температур выше 4,2 К.
- Рефрижераторы растворенияДиаграмма 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 3НеЭффект Померанчука. Фазовая и энтропийная диаграммы 3Не . Основные термодинамические соотношения. Холодопроизводительность метода и предельная температура. Конструкции кристаллизационных криостатов.
- Метод адиабатического размагничиванияРазмагничивание 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.
Промежуточная аттестация
- Промежуточная аттестация (I семестр)0.3 * контрольная работа + 0.7 * устный экзамен
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