2.4.4.4 Получение низких температур методом адиабатического размагничивания

Метод получения температур ниже 1 К с использованием процессов адиабатического размагничивания парамагнитных веществ предложен П.Дебаем и У.Джиоком в 1926 г. и впервые реализован в 1933 г. Сущность протекающих при этом процессов можно рассмотреть на примере размагничивания сульфата гадолиния (рис.2.23) [25].

Рис.2.23. Адиабатическое размагничивание сульфата гадолиния

 

Шарики соли помещаются в контейнер 2, заполненный гелием. Контейнер в свою очередь погружен в сосуд Дьюара, заполненный жидким азотом. температура гелия 1 К. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты парамагнитных атомов (ионов) направлены хаотически, поэтому значение энтропии в таких веществах достаточно велико (а). При включении магнитного поля (б) парамагнитик намагничивается, энтропия системы уменьшается. При этом выделяется тепло, при действии которого гелий испаряется. Температура системы остается постоянной. Затем гелий из контейнера отсасывается (в) и после этого отключается магнитное поле. При адиабатическом снятии магнитного поля теплота извне поступить в систему не может и расходуется из внутренних резервов систем, что приводит к росту ее энтропии и охлаждению (г).

В качестве парамагнитных веществ используют  соли редкоземельных металлов, хромово-калиевые, железо-аммониевые квасцы и др. вещества. В настоящее время методом магнитного охлаждения достигнуты температуры порядка 0,01 -0,001 К.

Другим примером использования эффекта адиабатического размагничивания является растворение жидкого 3Не в жидком 4Не. Более низкие температуры (10-4 К) удалось получить, используя парамагнетизме не атомов (ионов), а ядер элементов.