4.!"#$ $ "#"#$ %&"'(&#"#$ )&&$ "#"#$ *&&&"#"#$$$ +,&"#$ -,&&""# %!"!#"$"!#"!" " " " %&'()*+,*+-,-*++." /0/012/4567/#178&8,9#04#:5"" http://www.ltm.kyoto-u.ac.jp/lecturenote
% $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ v " exp #U ' & ) % k B T( % $ $ v " exp #U ' & ) % k B T( f! % f " exp # $ ( ' * & k B T ) U U! U
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% A V C T1 T0!S V B T # "=T 0 "S# # "S = 0 T! 0 T 1 % D Tc Q = 0 A Th "S A# B = $Q h ( Q T h > 0) "S B# C = 0 h QC C Qh Q = 0 B "S C# D = Q c ( Q T c > 0) "S D# A = 0 c "S = "S A# B + "S B# C + "S C# D + "S D# A = 0 T c () T h () Q c = T c T h Q h T c #0Q c #0
% 0 1 $2$ 1 $ 0 % $2$ % $ U 2 "U 1 = P 1 V 1 " P 2 V 2 N 2 600K (H=U+PV) 4 He 40K % 19C = 1877(90K=-18) Cailletet;-110 200 Pictet;SO 2-10CO 2-80 188(77K=-196) Wroblewski, Olczewski (20K) 8.5 111K=-162
% 1898(20K) Dewar Joule-Thomson 1908(4.2K) Kamerlingh Onnes 1868 1895 60Onnes Dewar % Dewar 1891 1892 1905
% 低温の歴史と技術 2.1 低温開拓の歴史 低温物質科学研究センター 国内最大級のHe液化機３００L毎時 吉田 (+桂 宇治) 液体ヘリウム ２０万L 年 液体窒素 ４０万L 年 *,%4 宇宙")4#と 同じくらい$ 冷たい % 低温の歴史と技術 2.1 低温開拓の歴史 1922 液体ヘリウムの蒸発冷却により1Kを突破 Onnes 蒸気圧のHeをポンプで強制蒸発させると 潜熱が奪われて 液体の温度が下がる ポンプ 圧力 P [ 蒸気圧曲線 ] P " e! L RT 液体ヘリウム 液体 L : 潜熱 He 1 気圧 4 気体 1/100 気圧 1/1000 気圧 He 0 0. 1 2 4 5 T [K]
% 1908 Onnes 1911 Onnes 191 198 Kapitza, Allen F. London Tisza 1947 Landau 1962 1957 Bardeen, Cooper, Schrieffer 1972 % 19 He0.1ppm 50 H$(12.5 >> He 1951 H.London 1962 H.London 1965 Taconis(0.22K) 1978 FrossattimK 1999 Lancaster1.5mK
% 低温の歴史と技術 2.2 絶対零度への挑戦 温 度 T, X [K] 一様な混合液 4Heは完全に超流動 常流動 超流動 温度が下がると T, XC T, X 6.4 % He を含む 4 He 相分離 Ｔ 0 K で6.4 % Heを含む 4He液体は He Mechanical Vacuum 機械的真空 6.4 % He は希薄な気体 Mechanical Vacuum 中に浮いているHe He 濃度 [ % ] He 1Kで蒸発させるとHeだけが蒸発 希釈冷凍機の原理 c 相 d 相 He 6.4 % He 液体Heから気体Heに蒸発 蒸気圧は 6.4 % Heに相当 冷却が起こる 希釈冷凍 % 低温の歴史と技術 2.2 絶対零度への挑戦 4K 4K 1.4K 0.7K 0.1K 10mK 8mK デュワー瓶
% 低温の歴史と技術 2.2 絶対零度への挑戦 B 低温高磁場の場合 １方向に向く µb エントロピ 小 k BT >> 1 B 高温低磁場の場合 バラバラ µb エントロピ 大 << 1 k BT A 0.01 Ｔ 0.1 Ｔ Ｂ ~ 0 Ｔ S!R Ｂ = 10 Ｔ 1 Ｔ!S = ー 叿 呉 吟 呄 含 C B T " # Ｑ Ｔ0 温度 0.1 1µK 10 100 1mK 10 100 1K % 低温の歴史と技術 2.2 絶対零度への挑戦 超低温'(&撮影装置$ 世界唯一 京都大学低温物質科学研究センター 最低温度 0.000K (宇宙の温度の 1万分の１ 4K 8mK 100µK 国内８カ所 世界で２２カ所
He (T<0.K) He Pressure (Bars) S solid > S liquid " #P M #T < 0 A-Phase B-Phase Solid Normal Liquid Temperature K (K) He Gas CNAF!0.0009K(0.9mK) U2D2 (NMR) U2D2
5%6%'(& 5mm T=500µK ; MRI $ $ $ $ $ $ 515 & 22