Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии
Обнаружено, что форма и строение образцов водяного геля, которые образуются при конденсации газообразного ⁴Не с примесью паров воды на поверхности сверхтекучего He II, охлажденного до 1,4 К, существенно зависят не только от условий набора смеси, но и от конструкции экспериментальной ячейки. Приведен...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2003
|
| Schriftenreihe: | Физика низких температур |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128861 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии / А.М. Кокотин, Л.П. Межов-Деглин // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 690-694. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-128861 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1288612018-01-15T03:03:21Z Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии Кокотин, А.М. Межов-Деглин, Л.П. 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации Обнаружено, что форма и строение образцов водяного геля, которые образуются при конденсации газообразного ⁴Не с примесью паров воды на поверхности сверхтекучего He II, охлажденного до 1,4 К, существенно зависят не только от условий набора смеси, но и от конструкции экспериментальной ячейки. Приведены результаты наблюдений за эволюцией образцов, приготовленных в широкой ячейке диаметром 29 мм при малой скорости набора смеси. It is found that the shape and structure of watergel samples formed in the condensation of gaseous ⁴Не containing a water vapor impurity on the surface of superfluid He II cooled to 1.4 K depend substantially not only on the conditions of admission of the mixture but also on the construction of the experimental cell. The results of observations of the evolution of samples prepared in a wide cell, 29 mm in diameter, at a low rate of admission of the mixture are presented. 2003 Article Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии / А.М. Кокотин, Л.П. Межов-Деглин // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 690-694. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 67.40., 68.45.Da http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128861 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации |
| spellingShingle |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации Кокотин, А.М. Межов-Деглин, Л.П. Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии Физика низких температур |
| description |
Обнаружено, что форма и строение образцов водяного геля, которые образуются при конденсации газообразного ⁴Не с примесью паров воды на поверхности сверхтекучего He II, охлажденного до 1,4 К, существенно зависят не только от условий набора смеси, но и от конструкции экспериментальной ячейки. Приведены результаты наблюдений за эволюцией образцов, приготовленных в широкой ячейке диаметром 29 мм при малой скорости набора смеси. |
| format |
Article |
| author |
Кокотин, А.М. Межов-Деглин, Л.П. |
| author_facet |
Кокотин, А.М. Межов-Деглин, Л.П. |
| author_sort |
Кокотин, А.М. |
| title |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| title_short |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| title_full |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| title_fullStr |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| title_full_unstemmed |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| title_sort |
трансформация образцов водяного геля в жидком гелии |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128861 |
| citation_txt |
Трансформация образцов водяного геля в жидком гелии / А.М. Кокотин, Л.П. Межов-Деглин // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 690-694. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT kokotinam transformaciâobrazcovvodânogogelâvžidkomgelii AT mežovdeglinlp transformaciâobrazcovvodânogogelâvžidkomgelii |
| first_indexed |
2025-07-09T10:06:23Z |
| last_indexed |
2025-07-09T10:06:23Z |
| _version_ |
1837163474088624128 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6, ñ. 690–694
Òðàíñôîðìàöèÿ îáðàçöîâ âîäÿíîãî ãåëÿ
â æèäêîì ãåëèè
À.Ì. Êîêîòèí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí
Èíñòèòóò ôèçèêè òâåðäîãî òåëà ÐÀÍ, ×åðíîãîëîâêà Ìîñêîâñêîé îáë. ,142432, Ðîññèÿ
E-mail: mezhov@issp.ac.ru
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 27 íîÿáðÿ 2002 ã.
Îáíàðóæåíî, ÷òî ôîðìà è ñòðîåíèå îáðàçöîâ âîäÿíîãî ãåëÿ, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ ïðè êîí-
äåíñàöèè ãàçîîáðàçíîãî 4Íå ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû íà ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷åãî He II, îõëà-
æäåííîãî äî 1,4 Ê, ñóùåñòâåííî çàâèñÿò íå òîëüêî îò óñëîâèé íàáîðà ñìåñè, íî è îò êîíñòðóê-
öèè ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé çà ýâîëþöèåé îáðàçöîâ,
ïðèãîòîâëåííûõ â øèðîêîé ÿ÷åéêå äèàìåòðîì 29 ìì ïðè ìàëîé ñêîðîñòè íàáîðà ñìåñè.
PACS: 67.40.–Yv, 68.45.Da
1. Ââåäåíèå
 äàííîì ñîîáùåíèè êðàòêî îáñóæäàþòñÿ ðåçóëü-
òàòû èçó÷åíèÿ ñâîéñòâ îáðàçöîâ ïðèìåñü–ãåëèåâîãî
âîäÿíîãî êîíäåíñàòà (âîäÿíîãî ãåëÿ), êîòîðûå îá-
ðàçóþòñÿ â ñâåðõòåêó÷åì He II ïðè êîíäåíñàöèè ïî-
òîêà ãàçîîáðàçíîãî 4Íå ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû íà
ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè, îõëàæäåííîé äî 1,4 Ê. Íà-
áëþäåíèÿ ïðîâîäèëè â äâóõ ÿ÷åéêàõ ðàçëè÷íîé êîí-
ñòðóêöèè, ïðè÷åì âî âòîðîé ÿ÷åéêå ïëîùàäü ïî-
âåðõíîñòè æèäêîñòè, íà êîòîðîé êîíäåíñèðóåòñÿ
ãàçîâûé ïîòîê, áîëåå ÷åì â 4 ðàçà ïðåâîñõîäèëà
ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè He II â ïåðâîé ÿ÷åéêå. Îáíà-
ðóæåíî, ÷òî óâåëè÷åíèå äèàìåòðà ðàáî÷åé ÿ÷åéêè
ïðèâîäèò ê êà÷åñòâåííîìó èçìåíåíèþ ôîðìû è
ñòðóêòóðû îáðàçóþùèõñÿ â He II îáðàçöîâ, ò.å. êè-
íåòèêà ïðîöåññîâ, îïðåäåëÿþùèõ ôîðìèðîâàíèå îá-
ðàçöà ïðèìåñü–ãåëèåâîãî êîíäåíñàòà â He II, ñóùå-
ñòâåííî çàâèñèò îò äèàìåòðà ÿ÷åéêè è óñëîâèé
íàáîðà, â ïåðâóþ î÷åðåäü îò ðàçíîñòè äàâëåíèé �Ð
âíóòðè ÿ÷åéêè è âî âíåøíåì äüþàðå, êîòîðàÿ îïðå-
äåëÿåò ñêîðîñòü ïîòîêà ãàçà.
Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé â ðàçíûõ
ÿ÷åéêàõ óêàçûâàåò, ÷òî îáùèì äëÿ âñåõ èññëåäî-
âàííûõ îáðàçöîâ âîäÿíîãî ãåëÿ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî
îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ êîíäåíñàòà îãðàíè÷åíà ãå-
ëèåâûìè òåìïåðàòóðàìè, à ðàñïàä îáðàçöà ñîïðî-
âîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ìåëêîçåðíèñòîãî ëåäÿíîãî
ïîðîøêà (ïî-âèäèìîìó, àìîðôíîãî ëüäà) íà äíå è
îòäåëüíûõ çåðåí íà ñòåíêàõ ñòåêëÿííîé ÿ÷åéêè.
Ñóììàðíûé îáúåì çåðåí, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ðàñïà-
äå, ïðèìåðíî íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå îáúåìà èñõîä-
íîãî êîíäåíñàòà, ñëåäîâàòåëüíî, ñîäåðæàíèå âîäû â
îáúåìå ïðèìåñü–ãåëèåâîãî êîíäåíñàòà íå ïðåâûøà-
åò 1020 ìîëåêóë/ñì3. Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé íà-
áëþäàåòñÿ ðàñïàä, ñèëüíî çàâèñèò îò äàâëåíèÿ è
ñâîéñòâ îêðóæàþùåé ñðåäû: â ïàðå íàä ñâåðõòåêó-
÷åé æèäêîñòüþ èçâëå÷åííûå èç He II îáðàçöû íà-
÷èíàþò ðàñïàäàòüñÿ ïðè íàãðåâå âûøå 1,8 Ê, à â
îáúåìå æèäêîñòè îíè ìîãóò ñóùåñòâîâàòü è â íîð-
ìàëüíîé æèäêîñòè He I, ïðè÷åì òåìïåðàòóðà, ïðè
êîòîðîé íàáëþäàåòñÿ àêòèâíûé ðàñïàä âîäÿíîãî
êîíäåíñàòà â He I, ñèëüíî çàâèñèò îò äàâëåíèÿ (íà-
ïîìíèì, ÷òî â îòëè÷èå îò ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè,
âäîëü ñòîëáà íîðìàëüíîé æèäêîñòè ìîæåò ñóùåñò-
âîâàòü ãðàäèåíò òåìïåðàòóðû ïîðÿäêà 1 Ê/ñì; ýòî
íàáëþäàåòñÿ, íàïðèìåð, ïðè îòêëþ÷åíèè îòêà÷êè
ïàðîâ è íàïóñêå â äüþàð ñ He I òåïëîãî 4Íå èç ñåòè).
Ïðè äàâëåíèè ïàðîâ íàä æèäêîñòüþ Ð � 200 Òîðð
îáðàçöû íà÷èíàþò ðàñïàäàòüñÿ ïðè Ò � 2,5 Ê, à ñ
ïîâûøåíèåì äàâëåíèÿ â äüþàðå äî 760 Òîðð òåìïå-
ðàòóðà ðàñïàäà ïîâûøàåòñÿ äî 4 Ê.
Êàê óêàçàíî íàìè â ðàáîòàõ [1–3], ñðàâíåíèå ðå-
çóëüòàòîâ íàøèõ èññëåäîâàíèé ñ èìåþùèìèñÿ â ëè-
òåðàòóðå äàííûìè (ñì., íàïðèìåð, ñîîáùåíèÿ Õìå-
ëåíêî ñ êîëëåãàìè [4] è Ïîïîâà ñ êîëëåãàìè [5] è
ëèòåðàòóðó â íèõ) äàåò îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî â
ïëîòíîì ïàðå íàä ïîâåðõíîñòüþ He II îòäåëüíûå ìî-
ëåêóëû Í2Î ñëèïàþòñÿ â êëàñòåðû, ñðåäíèì äèà-
ìåòðîì ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ íàíîìåòðîâ, òàê ÷òî îá-
ðàçóþùèéñÿ â He II ïðèìåñü–ãåëèåâûé êîíäåíñàò
© À.Ì. Êîêîòèí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, 2003
(âîäÿíîé ãåëü) ñîñòîèò èç íàíîêëàñòåðîâ âîäû, îê-
ðóæåííûõ ñëîåì îòâåðäåâøåãî ãåëèÿ (âàí-äåð-âà-
àëüñîâûõ êîìïëåêñîâ), êîòîðûå îáðàçóþò äèñïåðñ-
íóþ ñèñòåìó âîäÿíîãî ãåëÿ, à çàïîëíÿþùèé ïîðû
ìåæäó êëàñòåðàìè ñâåðõòåêó÷èé He II ñëóæèò äèñ-
ïåðñèîííîé ñðåäîé.
2. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è
îáñóæäåíèå
Îáðàçöû â óçêîé ÿ÷åéêå
 ïåðâîé ñåðèè ýêñïåðèìåíòîâ [1–3] èçìåðåíèÿ
ïðîâîäèëè â öèëèíäðè÷åñêîé ñòåêëÿííîé ÿ÷åéêå
âíóòðåííèì äèàìåòðîì 9 ìì. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî
ïðè ìàëîé ñêîðîñòè íàáîðà ãàçîâîé ñìåñè (�Ð �
� 0,2–0,5 Òîðð) ïîä ïîâåðõíîñòüþ ñâåðõòåêó÷åãî
He II, îõëàæäåííîãî äî 1,4 Ê, îáðàçóåòñÿ ïîëó-
ïðîçðà÷íîå îáëàêî êîíäåíñàòà. Îáëàêî ìåäëåííî
ñìåùàåòñÿ âíèç è ñî âðåìåíåì ïîðÿäêà 10 ìèí
òðàíñôîðìèðóåòñÿ â íåïîäâèæíûé àéñáåðã îâàëü-
íîé ôîðìû ñðåäíèì äèàìåòðîì, ðàâíûì äèàìåòðó
ÿ÷åéêè, ïîäâåøåííûé â îáúåìå æèäêîñòè íà ñòåíêàõ
ÿ÷åéêè.
Ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå ôîðìà àéñáåðãà îñ-
òàâàëàñü ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííîé â òå÷åíèå íå-
ñêîëüêèõ ÷àñîâ. Îäíàêî ïðè ïîâûøåíèå òåìïåðàòó-
ðû æèäêîñòè äî 1,8 Ê âèäèìûé äèàìåòð àéñáåðãà
ìîíîòîííî óìåíüøàëñÿ íà �10–20%, àéñáåðã ñêîëü-
çèë âíèç âäîëü ñòåíîê ÿ÷åéêè è ïîâèñàë íà òåðìî-
ìåòðàõ, óñòàíîâëåííûõ âíóòðè ÿ÷åéêè. Ïðè äàëü-
íåéøåì ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ïåðåõîä æèäêîñòè
îò He II ê He I íå ñîïðîâîæäàëñÿ çàìåòíûì èçìåíå-
íèåì îáúåìà îáðàçöîâ.
Èçâëå÷åííûå èç ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè «ñóõèå»
àéñáåðãè â àòìîñôåðå ãàçîîáðàçíîãî 4Íå ïðè äàâëå-
íèè, áëèçêîì ê äàâëåíèþ íàñûùåííûõ ïàðîâ íàä
He II, ðàñïàäàëèñü ïðè íàãðåâå âûøå 1,8 Ê. Ðàñïàä
ñîïðîâîæäàëñÿ îáðàçîâàíèåì ìåëêîçåðíèñòîãî ëå-
äÿíîãî ïîðîøêà íà äíå ÿ÷åéêè è âûäåëåíèåì äî-
âîëüíî áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ.
Ýòî îáúÿñíÿåò ïðè÷èíû íàáëþäàâøèõñÿ ñêà÷êîâ
àéñáåðãîâ ïðè ïëàâíîì ïîíèæåíèè óðîâíÿ æèäêî-
ñòè: âåðõíÿÿ ÷àñòü íåïîäâèæíîãî àéñáåðãà ìîãëà íà
1–2 ìì âûñòóïàòü íàä ïîâåðõíîñòüþ He II, à çàòåì
àéñáåðã «íûðÿë» âíèç è âíîâü ïîâèñàë íà ðàññòîÿ-
íèè îêîëî 1 ñì ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè.
Ïîâòîðÿÿ ïðîöåññ íàáîðà íåñêîëüêî ðàç, ìîæíî
áûëî ïðèãîòîâèòü íåñêîëüêî àéñáåðãîâ, ðàñïîëàãàâ-
øèõñÿ îäèí íàä äðóãèì â îáúåìå He II. Ïðè áûñò-
ðîì ïîíèæåíèè óðîâíÿ He II ðàñïàä âûñòóïàþùåé
íàä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè ÷àñòè âåðõíåãî àéñáåð-
ãà ìîã ïðèâåñòè ê ñêà÷êîîáðàçíîìó ïîâûøåíèþ äàâ-
ëåíèÿ â çàìêíóòîé ÿ÷åéêå äî �20 Òîðð.  ðåçóëüòàòå
æèäêîñòü âìåñòå ñ ïëàâàþùèìè â ÿ÷åéêå àéñáåðãàìè
âûòàëêèâàëàñü ÷åðåç òîíêîå (�1 ìì) îòâåðñòèå â äíå
ÿ÷åéêè â íàðóæíóþ ïðîáèðêó, çàïîëíåííóþ He II.
Ýêñòðóçèÿ àéñáåðãîâ äèàìåòðîì � 6 ìì ÷åðåç òîíêîå
îòâåðñòèå ïðèâîäèëà ê ðàñïàäó êîíäåíñàòà è îáðàçî-
âàíèþ ìåëêîäèñïåðñíîãî ïîðîøêà, êîòîðûé îñåäàë
íà äíå ïðîáèðêè.
Êàê áûëî îòìå÷åíî âî ââåäåíèè, â îáúåìå He I
ïðè äàâëåíèè ïàðîâ íàä æèäêîñòüþ Ð � 200 Òîðð
àéñáåðãè ðàñïàäàëèñü «íà ãëàçàõ» ïðè ïîâûøåíèè
òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé æèäêîñòè äî 2,5 Ê. Äàâ-
ëåíèå íàñûùåííûõ ïàðîâ 4Íå ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå
îêîëî 78 Òîðð, òàê ÷òî ðàñïàä êîíäåíñàòà íå ñîïðî-
âîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ïóçûðüêîâ ãàçîîáðàçíîãî
4Íå, êîòîðûå ìîæíî íàáëþäàòü ïðè ðàñïàäå îáðàç-
öîâ ãåëÿ â ïàðå íàä He II â çàìêíóòîé ÿ÷åéêå, ÷àñ-
òè÷íî çàïîëíåííîé æèäêîñòüþ è ñîîáùàþùåéñÿ ñ
íàðóæíîé ïðîáèðêîé ÷åðåç òîíêîå îòâåðñòèå â äî-
íûøêå ÿ÷åéêè. Ñ óâåëè÷åíèåì äàâëåíèÿ íàä ñòîë-
áîì He I â ÿ÷åéêå äî 760 Òîðð òåìïåðàòóðà ðàñïàäà
àéñáåðãîâ âîçðàñòàëà äî 4 Ê.
Âîçíèêíîâåíèå íèçêî÷àñòîòíûõ òåðìîàêóñòè÷å-
ñêèõ îñöèëëÿöèé â ðàáî÷åé ÿ÷åéêå â îáëàñòè ïåðå-
õîäà æèäêîñòè èç ñâåðõòåêó÷åãî â íîðìàëüíîå ñî-
ñòîÿíèå ñîïðîâîæäàëîñü êîëåáàíèÿìè óðîâíÿ He I
âÿ÷åéêå è, ñîîòâåòñòâåííî, âåðòèêàëüíûìè êîëå-
áàíèÿìè àéñáåðãà, óâëåêàåìîãî íîðìàëüíîé æèäêî-
ñòüþ. Îòñþäà óäàëîñü îöåíèòü, ÷òî ïëîòíîñòü
àéñáåðãà íå áîëåå ÷åì íà 3% âûøå ïëîòíîñòè îêðó-
æàþùåé æèäêîñòè, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðèâåäåííûìè
âûøå îöåíêàìè ñîäåðæàíèÿ âîäû â ïðèìåñü–ãåëèå-
âîì êîíäåíñàòå ïî ñîîòíîøåíèþ îáúåìîâ àéñáåðãîâ
è îáðàçóþùåãîñÿ ïðè èõ ðàñïàäå ëåäÿíîãî ïîðîøêà.
È, íàêîíåö, ïîñëåäíåå. Ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè
íàáîðà ïðèìåñè (�Ð � 1 Òîðð) âäîëü ãðàíèöû ðàçäå-
ëà He II � ïàð îò ñòåíîê ÿ÷åéêè ê öåíòðó íà÷èíàåò
íàðàñòàòü ïîëóïðîçðà÷íûé ñëîé êîíäåíñàòà, õîðî-
øî ñìà÷èâàåìîãî ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòüþ. Åñëè
ïðîöåññ íàáîðà ïðîäîëæàòü, òî ïîñëå îáðàçîâàíèÿ
ñïëîøíîãî ñëîÿ êîíäåíñàòà íà ïîâåðõíîñòè æèäêî-
ñòè äàâëåíèå â ÿ÷åéêå ñêà÷êîì âîçðàñòàåò áîëåå ÷åì
íà ïîðÿäîê, è âñå ñîäåðæèìîå ÿ÷åéêè (êîíäåíñàò
âìåñòå ñ He II) âûòàëêèâàåòñÿ èç îáúåìà ÿ÷åéêè â
íàðóæíóþ ïðîáèðêó ÷åðåç îòâåðñòèå â äîíûøêå
ÿ÷åéêè. Çàòåì äàâëåíèå â ÿ÷åéêå ïàäàåò, ñâåðõòåêó-
÷èé He II èç ïðîáèðêè âíîâü çàïîëíÿåò ÿ÷åéêó, à íà
äíå ïðîáèðêè ñîáèðàåòñÿ ñëîé ëåäÿíîãî ïîðîøêà.
Ïðè ýòîì â ðÿäå ñëó÷àåâ íàì óäàëîñü íàáëþäàòü
òàêæå ïîÿâëåíèå â îáúåìå He II â íàðóæíîé ïðîáèð-
êå îòäåëüíûõ ôðàãìåíòîâ íåðàñïàâøåãîñÿ êîíäåíñà-
òà ðàçìåðàìè ïîðÿäêà 1–2 ìì, êîòîðûå ïëàâàëè ïîä
ïîâåðõíîñòüþ è «íûðÿëè» â ãëóáü æèäêîñòè ïðè
ïëàâíîì ïîíèæåíèè óðîâíÿ He II â ïðîáèðêå.
Òðàíñôîðìàöèÿ îáðàçöîâ âîäÿíîãî ãåëÿ â æèäêîì ãåëèè
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6 691
Îáðàçöû â øèðîêîé ÿ÷åéêå
Îáñóæäåíèå ñâîéñòâ âîäÿíîãî ãåëÿ ñ Â.Â. Íåñâè-
æåâñêèì, ñïåöèàëèñòîì â îáëàñòè ôèçèêè õîëîäíûõ
íåéòðîíîâ, ïðèâåëî ê èäåå ïîïûòàòüñÿ èñïîëüçîâàòü
ïðîïèòàííûå He II ïîðèñòûå íàíîêëàñòåðíûå ñèñòå-
ìû, îõëàæäåííûå äî òåìïåðàòóðû �1 ìÊ, äëÿ íàêî-
ïëåíèÿ è õðàíåíèÿ óëüòðàõîëîäíûõ íåéòðîíîâ [6].
Åñòåñòâåííî, ÷òî äëÿ ýòîãî ïîòðåáóþòñÿ áîëüøèå îá-
ðàçöû îáúåìîì ïîðÿäêà 103 ñì3, ïðèãîòîâëåííûå èç
âåùåñòâ, ïðàêòè÷åñêè íå ïîãëîùàþùèõ íåéòðîíû
(òÿæåëàÿ âîäà, äåéòåðèé, êèñëîðîä è ò.ä.).
 êà÷åñòâå ïåðâîãî øàãà ê ðåàëèçàöèè ýòîé èäåè
ìû ðåøèëè âûÿñíèòü âëèÿíèå ðàçìåðîâ ÿ÷åéêè íà
ñâîéñòâà îáðàçöîâ âîäÿíîãî êîíäåíñàòà. Îáðàçöû
ïðèãîòîâëÿëè â òîíêîñòåííîé ñòåêëÿííîé ïðîáèðêå
âíóòðåííèì äèàìåòðîì 2,9 ñì è âûñîòîé 10 ñì, â
íèæíåé ÷àñòè êîòîðîé ðàñïîëàãàëàñü ïëîñêàÿ òåô-
ëîíîâàÿ øàéáà (ïîäëîæêà) äèàìåòðîì 2,8 ñì. Äâà
ðåçèñòèâíûõ óãîëüíûõ òåðìîìåòðà, óñòàíîâëåííûõ
â öåíòðå øàéáû è íà ðàññòîÿíèè �1 ñì íàä åå ïî-
âåðõíîñòüþ, ïîçâîëÿëè êîíòðîëèðîâàòü ðàñïðåäåëå-
íèå òåìïåðàòóðû â ðàáî÷åé ÿ÷åéêå. Ïîòîê ãàçîîá-
ðàçíîãî 4Íå ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû ïîñòóïàë ïî
ñòåêëÿííîé òðóáêå âíóòðåííèì äèàìåòðîì 1,9 ñì,
íèæíèé òîðåö êîòîðîé ïîìåùàëè íà ðàññòîÿíèè
2–4 ñì íàä ïîâåðõíîñòüþ ïîäëîæêè. Ñõåìà ïðèãî-
òîâëåíèÿ ñìåñè îñòàëàñü ïðåæíåé: ãàçîîáðàçíûé ãå-
ëèé ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ïðîïóñêàëè ñêâîçü
ñëîé âîäû, äàëåå ïîòîê ãàçà ñ ïðèìåñüþ ïàðîâ âîäû
÷åðåç ïåðåõîäíóþ ìóôòó ñ çàïîðíûì âåíòèëåì, ðàñ-
ïîëîæåííóþ â âåðõíåé ÷àñòè ïðèáîðà, íàïðàâëÿëè â
ñòåêëÿííóþ òðóáêó.
Êàê ïîêàçàëè íàáëþäåíèÿ, îïòèìàëüíîé äëÿ íà-
øèõ öåëåé îêàçàëàñü ñèòóàöèÿ, êîãäà óðîâåíü ñâåðõ-
òåêó÷åãî He II â ðàáî÷åé ÿ÷åéêå â ïåðèîä íàáîðà
ñìåñè íàõîäèëñÿ íà ðàññòîÿíèè �1 ñì âûøå êðàÿ
òðóáêè íàáîðà, à ðàçíîñòü äàâëåíèé ïàðîâ â òðóáêå è
â íàðóæíîì äüþàðå �Ð ñîñòàâëÿëà � (0,1–0,3) Òîðð.
Òåìïåðàòóðó He II, ðàâíóþ 1,4 Ê, âî âðåìÿ ïðè-
ãîòîâëåíèÿ îáðàçöîâ ïîääåðæèâàëè ïîñòîÿííîé ñ
òî÷íîñòüþ äî ñîòûõ ãðàäóñà. Èçìåíåíèå óñëîâèé íà-
áîðà çàìåòíî ñêàçàëîñü íà ôîðìå è ñòðîåíèè îáðà-
çóþùèõñÿ îáðàçöîâ.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ, êàê
òîëüêî îòêðûâàëè âåíòèëü íàáîðà ñìåñè, íà ïîâåðõ-
íîñòè òåôëîíîâîé øàéáû ïîä òðóáêîé íà÷èíàë ðàñ-
òè îáðàçåö â ôîðìå ñíåæíîé ãîðêè èëè, òî÷íåå,
ñòîëáèêà, êîòîðûé îáðàçîâûâàëè ïàäàþùèå èç òðóá-
êè õëîïüÿ ðàçìåðîì ïîðÿäêà 1 ìì è êîëåáëþùèåñÿ
ýëàñòè÷íûå íèòè äëèíîé äî 1 ñì. Äèàìåòð îñíîâà-
íèÿ ñòîëáèêà áûë áëèçîê ê äèàìåòðó òðóáêè, à âû-
ñîòà îïðåäåëÿëàñü âðåìåíåì íàáîðà (âåðõíèé êðàé
ñòîëáèêà ìîã âõîäèòü â òðóáêó). Íàðÿäó ñ õëîïüÿìè
è íèòÿìè ìû íàáëþäàëè òàêæå îáðàçîâàíèå â òðóáêå
ïîëóïðîçðà÷íûõ îáëàêîâ êîíäåíñàòà õàðàêòåðíûìè
ðàçìåðàìè, áëèçêèìè ê äèàìåòðó òðóáêè, êîòîðûå
ôîðìèðîâàëèñü ïîä ïîâåðõíîñòüþ æèäêîñòè è ìåä-
ëåííî ñìåùàëèñü âíèç âäîëü ñòåíîê òðóáêè (ñì.
êàäð 1 íà ðèñóíêå, ñòðåëêà óêàçûâàåò ïîëîæåíèå
óðîâíÿ He II ). Äëÿ íàãëÿäíîñòè ìû ñïåöèàëüíî ïî-
äîáðàëè áîëåå ðåäêèé ñëó÷àé, êîãäà â ïðîöåññå íà-
áîðà â ïåðâûé ìîìåíò âðåìåíè â òðóáêå ôîðìèðóåò-
ñÿ îâàëüíîå îáëàêî, êîòîðîå çàòåì âûõîäèò èç
òðóáêè (êàäð 1) è ìåäëåííî îïóñêàåòñÿ íà ïîäëîæ-
êó (êàäð 2), òàê êàê íà ôîíå ãîðêè, îáðàçîâàííîé
õëîïüÿìè, ðàçëè÷èòü íà ôîòîãðàôèè îâàëüíûé àéñ-
áåðã áûëî áû äîâîëüíî òðóäíî. Íà ïðèâåäåííûõ
ôîòîãðàôèÿõ õîðîøî âèäíû ðàñïîëîæåííûé â öåí-
òðå ïîäëîæêè òåðìîìåòð è òåðìîìåòð, óêðåïëåííûé
íà ñòîëáèêå íàä ïîâåðõíîñòüþ òåôëîíîâîé øàéáû.
Öèôðû â ïðàâîì óãëó óêàçûâàþò ðåàëüíîå âðåìÿ
íàáëþäåíèé, à â ëåâîì — äàòó.
Åñëè îáëàêî, òî÷íåå îâàëüíûé àéñáåðã, íà âûõî-
äå èç òðóáêè ïàäàëî íà ãîðêó, îáðàçîâàííóþ âîäÿ-
íûìè õëîïüÿìè, òî íà ïîâåðõíîñòè ãîðêè îáðàçîâû-
692 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6
À.Ì. Êîêîòèí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí
Ðèñ. 1. Ôîðìèðîâàíèå è ýâîëþöèÿ îáðàçöà âîäÿíîãî ãåëÿ íà òåôëîíîâîé ïîäëîæêå â øèðîêîé ÿ÷åéêå. Ñòðåëêè íà
òðåõ ïåðâûõ êàäðàõ óêàçûâàþò ïîëîæåíèå óðîâíÿ ñâåðõòåêó÷åãî He II â ÿ÷åéêå. Òåìïåðàòóðà æèäêîñòè ïîääåðæèâà-
åòñÿ ïîñòîÿííîé Ò � 1,40 Ê. Êàäðû ñëåâà íàïðàâî: 1 — îáëàêî âîäÿíîãî ãåëÿ íà âûõîäå èç òðóáêè íàáîðà; 2 — îáðà-
çåö, îáðàçîâàâøèéñÿ ïðè ïàäåíèè îáëàêà íà ïîäëîæêó; 3 — ýâîëþöèÿ ôîðìû îáðàçöà ñ ïîíèæåíèåì óðîâíÿ He II;
4 — ðàñïàä ïðèìåñü–ãåëèåâîãî âîäÿíîãî êîíäåíñàòà â ïàðàõ ãåëèÿ, òåìïåðàòóðà ïîäëîæêè 2,18 Ê, òåìïåðàòóðà íà
óðîâíå âåðõíåãî òåðìîìåòðà 2,6 Ê, òåìïåðàòóðà He II íà äíå ðàáî÷åé ÿ÷åéêè 1,4 Ê, ò.å. äàâëåíèå ïàðîâ â ÿ÷åéêå
Ð � 2,16 Òîðð.
âàëàñü âìÿòèíà (àíàëîãè÷íî ïàäåíèþ ïëîòíîãî
ñíåæêà íà ñíåæíóþ ïîâåðõíîñòü), ò.å. ìåõàíè÷å-
ñêèå ñâîéñòâà è ïëîòíîñòü ñòîëáèêà è àéñáåðãà çà-
ìåòíî ðàçëè÷àëèñü. Íàãðåâ æèäêîñòè äî òåìïåðàòó-
ðû Ò > 1,8 Ê ïðèâîäèë ê ÷àñòè÷íîé ãîìîãåíèçàöèè
ïîäîáíûõ îáðàçöîâ. Îäíàêî âî âñåõ ñëó÷àÿõ äèà-
ìåòð îáðàçöà áûë áëèçîê ê äèàìåòðó òðóáêè, òàê ÷òî
íàì íå óäàëîñü, êàê õîòåëîñü áû, ïðèãîòîâèòü îáðà-
çåö, êîòîðûé áû ðàâíîìåðíî çàïîëíÿë âñþ ïîâåðõ-
íîñòü ïîäëîæêè.
Ýâîëþöèþ ôîðìû îáðàçöà ïðè ïëàâíîì ïîíèæå-
íèè óðîâíÿ He II ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå
Ò � 1,40 Ê èëëþñòðèðóåò êàäð 3. Âèäíî, ÷òî â ïàðå
íàä æèäêîñòüþ âûñòóïàþùàÿ ÷àñòü îáðàçöà ïîñòå-
ïåííî ðàñïàäàåòñÿ, òàê ÷òî âûñîòà ñòîëáèêà ïîñòå-
ïåííî óìåíüøàåòñÿ. Ïðè ýòîì íà ïîâåðõíîñòè îá-
ðàçöà ìîæíî íàáëþäàòü ïîÿâëåíèå çåðåí àìîðôíîãî
ëüäà, êîòîðûå îñòàþòñÿ è ïîñëå ïîëíîãî ðàñïàäà
êîíäåíñàòà (êàäð 4) è ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ïîä-
ëîæêè âûøå 4,2 Ê. Òåìïåðàòóðà ñâåðõòåêó÷åãî
He II â äàííîì ýêñïåðèìåíòå ïîääåðæèâàëàñü ïî-
ñòîÿííîé, íî íà ïîñëåäíåì êàäðå óðîâåíü æèäêîñòè
íàõîäèòñÿ ïî÷òè íà 1 ñì íèæå òåôëîíîâîé øàéáû,
òàê ÷òî òåìïåðàòóðà, çàðåãèñòðèðîâàííàÿ òåðìîìåò-
ðîì â öåíòðå ïîäëîæêè, ñîñòàâëÿëà 2,18 Ê, à íà
óðîâíå âåðõíåãî òåðìîìåòðà — 2,6 Ê.
Ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ íàáîðà (�Ð > 1 Òîðð) íà
ãðàíèöå ðàçäåëà He II � ïàð îáðàçîâûâàëñÿ ïëîñêèé
ñëîé êîíäåíñàòà, ðàñòóùèé îò ñòåíîê ê öåíòðó òðóá-
êè. Êàê è â óçêîé ÿ÷åéêå, îáðàçîâàíèå ñïëîøíîãî
ñëîÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç ïðèâîäèëî ê ñêà÷êîîá-
ðàçíîìó ðîñòó äàâëåíèÿ â òðóáêå è ðàçðóøåíèþ
ñëîÿ êîíäåíñàòà.
 äâóõ ïðîáíûõ ýêñïåðèìåíòàõ ìû çàìåíèëè
âîäó (ñèëüíîïîëÿðíàÿ æèäêîñòü, ñêëîííàÿ ê îáðà-
çîâàíèþ êëàñòåðîâ â íàñûùåííîì ïàðå äàæå ïðè
êîìíàòíûõ òåìïåðàòóðàõ) íà ýòàíîëîâûé ñïèðò
(ñëàáîïîëÿðíàÿ æèäêîñòü, òâåðäåþùàÿ ïðè äàâëå-
íèè íàñûùåííûõ ïàðîâ ïðè çàìåòíî áîëåå íèçêîé
òåìïåðàòóðå). Êàê è â ýêñïåðèìåíòàõ ñ óçêîé ÿ÷åé-
êîé, ïåðåõîä îò âîäû ê ñïèðòó íå ïðèâåë ê êà-
÷åñòâåííîìó èçìåíåíèþ ñâîéñòâ ïðèìåñü–ãåëèåâîãî
êîíäåíñàòà, ò.å. äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàçöà, õàðàê-
òåðíûìè ðàçìåðàìè 10�10�10 ñì, íåîáõîäèìà äàëü-
íåéøàÿ ìîäåðíèçàöèÿ ñõåìû ïðèãîòîâëåíèÿ îáðàç-
öîâ. Âîçìîæíî, äëÿ ïîëó÷åíèÿ îáðàçöîâ íóæíîé
ôîðìû êîíäåíñàò ïðèäåòñÿ çàïðåññîâûâàòü â ðàáî-
÷óþ ÿ÷åéêó, êàê ýòî cäåëàíî â [4].  áëèæàéøåå
âðåìÿ ìû ïëàíèðóåì ïðîâåñòè òàêæå ñåðèþ ýêñïå-
ðèìåíòîâ ñ îáðàçöàìè äåéòåðèÿ â øèðîêîé ÿ÷åéêå.
Çàêëþ÷åíèå
Èññëåäîâàíèÿ ñâîéñòâ ïðèìåñü–ãåëèåâûõ êîí-
äåíñàòîâ, ò.å. íîâûõ íàíîêëàñòåðíûõ ñèñòåì, ñóùå-
ñòâóþùèõ òîëüêî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, â ïî-
ñëåäíèå ãîäû çàìåòíî ðàñøèðÿþòñÿ. Èçó÷àþòñÿ âîç-
ìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ýòèõ ìàòåðèàëîâ â ñî-
âðåìåííîé íàóêå è â òåõíîëîãèè, íàïðèìåð, äëÿ
èññëåäîâàíèÿ êèíåòèêè ðåàêöèé ìåæäó ñâîáîäíûìè
ðàäèêàëàìè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è âûÿñíå-
íèÿ âîçìîæíîñòè èçãîòîâëåíèÿ íèçêîòåìïåðàòóð-
íûõ òîïëèâíûõ ýëåìåíòîâ, ñîäåðæàùèõ ñâîáîäíûå
ðàäèêàëû, íà áàçå ãåëèé–ïðèìåñíûõ êîíäåíñàòîâ
[4], äëÿ íàêîïëåíèÿ è õðàíåíèÿ óëüòðàõîëîäíûõ
íåéòðîíîâ [6]), èëè, íàïðèìåð, äëÿ ïîëó÷åíèÿ âçâå-
øåííûõ îáëàêîâ óëüòðàäèñïåðñíîãî ìåòàëëè÷åñêîãî
ïîðîøêà èñïàðåíèåì ìåòàëëè÷åñêîé íàâåñêè â ãàçî-
îáðàçíîì 4Íå ïðè ãåëèåâûõ òåìïåðàòóðàõ, ÷òî èñ-
ïîëüçóåòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ âèçóàëèçàöèè
ðàñïðåäåëåíèÿ âèõðåé Àáðèêîñîâà â ñâåðõïðîâîä-
íèêàõ.
Îïûò íàøèõ èññëåäîâàíèé ïîêàçûâàåò, ÷òî ñòðîå-
íèå è ñâîéñòâà îáðàçöîâ ïðèìåñü–ãåëèåâûõ êîíäåí-
ñàòîâ ñóùåñòâåííî çàâèñÿò îò ñïîñîáà ïðèãîòîâëå-
íèÿ è ñâîéñòâ îêðóæàþùåé ñðåäû. Â ñâÿçè ñ ýòèì
ïðåäñòàâëÿåòñÿ âåñüìà èíòåðåñíûì ïðîâåñòè ýêñïå-
ðèìåíòû ïî ïðèãîòîâëåíèþ è èçó÷åíèþ ñâîéñòâ ïî-
äîáíûõ êîíäåíñàòîâ â óñëîâèÿõ ìèêðîãðàâèòàöèè,
ãäå ñòðîåíèå ëåâèòèðóþùèõ â ñâåðõòåêó÷åé æèäêî-
ñòè îáðàçöîâ â ïåðâóþ î÷åðåäü áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ
îñîáåííîñòÿìè âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó âàí-äåð-âà-
àëüñîâñêèìè êîìïëåêñàìè, êîòîðûå îáðàçóþò íåé-
òðàëüíûå íàíîêëàñòåðû, ïîêðûòûå ñëîåì îòâåðäåâ-
øåãî ãåëèÿ.
Äàííûå èññëåäîâàíèÿ ïðîâåäåíû ïðè ïîääåðæêå
Ðîññèéñêîãî ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâà-
íèé, Ïðàâèòåëüñòâà Ìîñêîâñêîé îáëàñòè (ãðàíò
01-02-97037) è Ìèíïðîìíàóêè ÐÔ.
Àâòîðû áëàãîäàðíû êîëëåãàì ïî ëàáîðàòîðèè
Ã.Â. Êîëìàêîâó, À.À. Ëåâ÷åíêî, Â.Á. Åôèìîâó,
À.Â. Ëîõîâó, Â.Í. Õëîïèíñêîìó è Ì.Þ. Áðàæíè-
êîâó çà âíèìàíèå è ïîìîùü â ðàáîòå è Â.Â. Íåñâè-
æåâñêîìó çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ.
1. Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, À.Ì. Êîêîòèí, Ïèñüìà ÆÝÒÔ
70, 744 (1999).
2. À.Ì. Êîêîòèí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, ÔÍÒ 28, 235
(2002).
3. Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí, À.Ì. Êîêîòèí, ÏÒÝ, ¹2, 159
(2001).
4. S.I. Kiselev, V.V. Khmelenko, and D.M. Lee, Fiz.
Nizk. Temp. 29 , 678 (2003).
5. E.A. Popov, J. Floranta, J. Ahokas, and H. Kunttu,
Fiz. Nizk. Temp. 29 , 684 (2003).
6. V.V. Nesvizhevsky and L.P. Mezhov-Deglin,
Thermalization of Neutrons in Gels of Ultracold
Particles, in: The Third Chernogolovka Workshop on
Low Temperature Physics in Microgravity Environ-
ment CWS–2002, Book of Abstracts, Chernogolovka,
Russia (2002), p. 40.
Òðàíñôîðìàöèÿ îáðàçöîâ âîäÿíîãî ãåëÿ â æèäêîì ãåëèè
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6 693
Transformation of watergel samples in liquid
helium
A.M. Kokotin and L.P. Mezhov-Deglin
It is found that the form and the structure of
watergel samples grown by condensing 4He gas,
admixed with water vapours, on a superfluid
He II surface cooled below 1.6 K essentially de-
pend not only on conditions of taking mixture
components but also on experimental cell con-
struction. The results on evolution of the sam-
ples prepared in a wide cell 29 mm in dia with a
small rate of mixture taking are considered.
694 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6
À.Ì. Êîêîòèí, Ë.Ï. Ìåæîâ-Äåãëèí
|