1、稀释制冷机1-混合器 （10mk） 2-热交换器 3-蒸馏器（0.6-0.7K）4-液池冷凝器（1K）5-液氦预冷 6-液氮预冷 7-机械真空泵 8-液氮冷却的冷阱 9-扩散泵 10-限流器 11-真空阀1951 年 H.London 提出可以用超流 4He 稀释 3He 的方法制冷的理论。到1965 年 P.Das 等人根据这一理论制成了 3He-4He 稀释制冷机，目前已达到 2mK的低温。它可以长时间地维持毫 K 范围的温度，有较大的冷却能力，已成为获得毫 K 温度的最重要的手段和设备。3He， 4He 的混合液在 0.86K 以上时，液 3He 可以以任何比例溶解在液 4He中，但是当
2、混合溶液的温度降到 0.86K 以下时，混合液则分离成两相，其中含3He 多的相称为浓缩相，而含 3He 少的相称为稀释相。在低于 0.86K 的任一温度都对应于一定的 3He 含量的稀释相和浓缩相，并达到相平衡。当从稀释相中取走 3He 原子时，为了保持两相的平衡，则由浓缩相中的 3He 通过相界面进入稀释相以补充被移去的 3He 原子。可以计算得 3He 在稀释相中的焓和熵比在浓缩相中要大得多。所以这种稀释过程需要吸热，利用这个吸热现象制成了稀释制冷机。 从稀释制冷机的结构图来看，包含相界面的室称做混合室， 3He 原子从浓缩相经过相界面进入稀释相要吸热而制冷，使温度降低。包含稀释相的自由
3、表面的室称为蒸馏室，温度维持在 0.60.7K。此时 3He 的饱和蒸气压远高于 4He的饱和蒸气压，可以用抽气机抽走，这时浓缩相中的 3He 原子就不断地通过相界面进入稀释相，抽走的 3He 经过冷凝再补充到浓缩相中形成循环，使制冷机不断地运行。稀释制冷机工作流程1.混合器的上部的浓 He3 相和下部的稀 He3 相（6.4%）之间存在 He3 浓度梯度，于是上部的 He3 原子不断向下部扩散。此过程中，上部浓相由于熵减小必然吸热，产生制冷效应。2.同时，下部稀 He3 相与蒸馏器（1.5%）内也存在 He3 的浓度梯度，于是He3-He4 稀释制冷机原理图He3 原子可以源源不断的穿过超流
4、体 He4 向蒸馏器扩散。3.在蒸发器内，由于 He3 的蒸汽压比 He4 高的多，在加热器的作用下，大部分的 He3 原子穿过小孔经进预冷向真空泵扩散。4.真空泵部分，首先用机械泵将系统压力降至 1.0pa,然后开动扩散泵，使系统保持高真空。5.大部分的 He3 和小部分的 He4 蒸汽在真空泵作用下，先后经液氮预冷、液池冷凝器、蒸馏器和热交换器进入混合器，补充到浓 He3 相，实现连续制冷过程。采用量子流体力学角度的二流体模型：液 He的行为正常流体如两种自由混杂的流体混合物（正常流体和超流体），在忽略粘滞效应和线性近似的条件下，得到动力学方程如下:=n+sn 正常流体；s 超流体记 j 为单位体积液氮的动量，则j=nvn+svs将此速度欧拉方程速度二次项忽略，可简化为：不考虑粘滞性，两个流体的运动时可逆的，熵 守恒，即：1( )vvgradvgradpt jgradptti()()nsivst
