ヘリウム危機後に現れた新型の希釈冷凍機、超伝導と超流動の熱伝導は大きく違う

旧式の希釈冷凍機(wet dilution refrigerator)は液体ヘリウムの冷却能力に頼っています。特に1Kポットと呼ばれる減圧した液体ヘリウムの部分がヘリウムの蒸発量が激しいので現在のようなヘリウム節約が必要な条件では使いにくいです。そこで、dry dilutionと呼ばれる、循環式ヘリウム冷凍機を併用した装置が開発されています。大きく2通りあるそうです。いずれも、インピーダンスと呼ばれる液体ヘリウムが流れにくい細い部分を導入して熱交換と液体→気体、気体→液体の相変化を効率良く行わせる技術を使っています。これは試行錯誤が必要でたいへんな製作になると思います。1つの方式では熱スイッチと呼ばれる機構が入っています。これは熱伝導をon/offできるものですが、ヘリウムが液体のとき(今考えている温度は2.17Kよりも低いので4Heは超流動になるが、温度が上がると超流動でなくなる)、気体のとき(密度が低いので熱伝導が悪い)で熱伝導が変わることを利用するのだと思います。気体の時は自動車のブレーキのべーパーロック現象に似ていますね。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BC%E3%83%AD%E3%83%83%E3%82%AF%E7%8F%BE%E8%B1%A1
超流動ヘリウムの熱伝導度は非常に高いそうです。私が学生のころは液体ヘリウムをロータリーポンプで減圧して低温を得ていましたが(今でもPPMSやMPMSの中では行われていますが、細い管=インピーダンスを使って少量のヘリウムで効率よく冷却しています)、確かに、2.17Kのラムダ点より下では沸騰が無くなります。下記の6分10秒あたり。

https://www.crc.u-tokyo.ac.jp/other/OpenCampus/parts/superfluid.pdf
超伝導の場合は、クーパー対は熱を伝えないので逆なのが面白いです。これは下記によい説明があります。
https://physics.stackexchange.com/questions/613559/thermal-conductivity-of-superconducting-material

英語は https://physics.stackexchange.com/questions/613559/thermal-conductivity-of-superconducting-material

“Good thermal conductors allow dissipation to travel quickly and effectively. In principle, density fluctuations of Cooper pairs could carry heat quite effectively, but in charged systems this has a very large energy cost due to Coulomb repulsion (i.e. excitations are gapped) and so cannot happen under normal circumstances. ”
dissipation 散逸
allow ~ to … ~が…することを許す. 主語がdissipationなのが面白いですね。
In principle, 原則として
density fluctuation 密度ゆらぎ
excitations are gapped クーパー対形成は励起に対するエネルギーギャップを伴う
under normal circumstances 通常の環境下では
“Incidentally, this property of having an energy gap for both breaking Cooper pairs (single-particle gap) as well as density fluctuations (two-particle gap) is why superconductors work well for quantum computation”
incidentally インシ「デ」ンタりー = by the way ところで
“On the other hand, neutral superfluids such as superfluid liquid helium are excellent thermal conductors.”
superfluids 超流動体
excellent thermal conductors 優秀な熱伝導体

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