Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Диффузия Не5 в твердых растворах Не3-Не Литературный обзор 9
1. Фазовые диаграммы изотопов гелия и их твердых растворов. II
2. Квантовая диффузия в твердых растворах изотопов гелия с малым содержанием Не ^ 19
1.2.1. Диффузия изотопических примесей Не при низких температурах . 19
1.2.2. Влияние температуры на квантовую диффузию. , . 30
3. Теория локализации примесных атомов в квантовых кристаллах и когерентная квантовая диффузия, стимулированная фононами 36
ГЛАВА II. Методика и экспериментальная техника 51
I. Методика импульсного ЯМР . 51
2. Спектрометр ЯМР 65
2.2.1. Программатор 67
2.2.2. Высокочастотный генератор 69
2.2.3. Тракт усиления сигналов 70
2.2.4. Предусилителъ и соотношение сигнал/шум . 7^
2.2.5. Блоки импульсного градиента . 78
2.2.6. Катушки импульсного градиента 80
2.2.7. Электромагнит 89
3. Криостат 90
2.3.1. Ячейка образца . 90
2.3.2. Низкотемпературный прибор . $3
2.3.3. Внешние системы криостата 97
ГЛАВА III Экспериментальные результаты и их обсуждение , - 99
I. Приготовление образцов и методика проведения экспериментов 100
2. Обработка первичных результатов и оценка погрешностей измерения коэффициента диффузии 103
3. Исследование температурной зависимости коэффициента диффузии в растворе Ь% Не3 в твердом Не и обнаружение когерентной квантовой диффузии, стимулированной фононами 108
4. Исследование температурной зависимости коэффициента диффузии Не3 в твердом Не*1 в широком диапазоне плотностей и концентраций. Исследование критического поведения коэффициента диффузии 121
5. Исследование вакансионной диффузии в твердых растворах изотопов гелия
6. Сравнение теории и эксперимента во всей исследованной области температур, давлений и концентраций Не-3 М
Заключение w5
Литература
- Квантовая диффузия в твердых растворах изотопов гелия с малым содержанием Не
- Теория локализации примесных атомов в квантовых кристаллах и когерентная квантовая диффузия, стимулированная фононами
- Предусилителъ и соотношение сигнал/шум .
- Обработка первичных результатов и оценка погрешностей измерения коэффициента диффузии
Введение к работе
В последнее десятилетие все большее внимание физиков привлекает новый объект исследований - квантовые кристаллы, в макроскопических свойствах которых ярко выражены квантовые эффекты. Важнейшим достижением в этой области явилось открытие предсказанного Андреевым и Лифшицем явления квантовой диффузии примесных атомов в твердом гелии [I] . При этом экспериментально были подтверждены [2,3] два наиболее существенных предсказания теории [И] :
1. Существование делокализованных состояний примесных атомов в квантовых кристаллах, обусловленных эффектом квантового подбарьерного туннелирования, т.е. наличие квазичастиц нового типа - примесонов и дефектонов [4] или волн флуктуации массы
[5] , обеспечивавших массовую диффузию в кристалле в области низких температур.
2. Наличие особенностей поведения коэффициента диффузии квазичастиц,связанных с их взаимодействием друг с другом и с другими возбуждениями в кристалле.
Открытие квантовой диффузии позволило объяснить ряд других необычных экспериментальных результатов, как, например, расслое-ние твердых растворов Не -Не при температурах Т 0,4 К и аномалии спин-решеточной релаксации в твердой Не3 с примесями Не4.
Следует подчеркнуть, что к настоящему времени исследования квантовой диффузии охватывают широкий спектр веществ и явлений, таких как диффузия ,U+ мезонов в металлах [87-90] , атомарный водород в матрице молекулярного [82,83] , диффузия ортовоз-буждений в твердом водороде [140] и другие. В дальнейшем под термином "квантовая диффузия" мы будем понимать процесс массо переноса путем квантового подбарьерного туннелирования атомов в кристаллах.
Теория квантовой диффузии [4,5] , развитая в предположении, что радиус взаимодействия примесонов мал по сравнению со средним расстоянием между ними, хорошо объясняла результаты эксперимента при концентрации примесей X I0"2, однако вопрос о характере диффузии примесей при больших концентрациях до недавнего времени оставался неисследованным ни экспериментально) ни теоретически.
Впервые теоретическое рассмотрение поведения коэффициента диффузии примесей в кристаллах при наличии сильного сбоя энергетических уровней на соседних узлах решетки, вызванного взаимодействием примесей друг с другом, было проведено Каганом [б] . При этом было показано, что при величине сбоя, превышающей ширину энергетической зоны примесонов А , должна иметь место пространственная локализация примесных частиц с коэффициентом диффузии JJ • О при температуре Т - - 0. Предсказанное явление носит принципиальный характер и поэтому вызвало большой интерес экспериментаторов, направленный на поиск системы, где данное явление можно было бы зарегистрировать. Твердые раство-ры Не -Не оказались наиболее подходящей системой для поиска и изучения явления локализации примесей: узкая энергетическая зона примесонов ( А"" 10 к) позволяет работать с неупорядоченной Ст » А ) системой примесных атомов при достаточно низкой температуре, ограниченной снизу лишь температурой распада твердых растворов, а благодаря относительно слабому взаимодействию атомов Не3 в матрице Не (характерная энергия взаимодействия Up 10-). любые конфигурации примесных атомов статически равновероятны, хотя уже при довольно малых концентрациях при месей Не С X ІСГО система становится сильно взаимодейотву-ющей ( U»&\ Все вышеперечисленное определяет актуальность настоящей работы, Це ью_котор_ой было обнаружение явления локализации при 3 4 месных атомов Неу в твердом Не н установление характера поведения коэффициента диффузии примесей Не3 в широкой области концентраций и температур в условиях сильной локализации.
Диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения, содержащего краткие выводы.
Глава I содержит литературный обзор экспериментальных и теоретических результатов, касающихся квантовой диффузии в твердом гелии, а также описание основных свойств фазовых диаграмм твердых растворов изотопов гелия, сведения о которых необходимы при проведении экспериментальных исследований,
В главе И приведено описание существующих методик импульсного ядерного магнитного резонанса, применяемых для измерения диффузии и дано обоснование выбора метода импульсного градиента магнитного поля для измерения ультранизких значений коэффициента диффузии. Дано подробное описание созданной в работе экспериментальной установки для измерения коэффициента диффузии Не3 в растворах Не -Не вплоть до значений U КГ см /сек и температур 0,4 К.
В главе Ш приведены результаты экспериментальных исследо-ваний диффузии Не" в ГПУ фазе Не в широкой области концентра 3 ций Не , температур и давлений. Анализ полученных результатов подтвердил справедливость предсказаний теории Кагана и Максимова о наличии в твердом гелии при низких температурах сильной локализации примесей, которая при повышении температуры снимается вследотвии когерентной квантовой диффузии, стимулирован ной фононами. Проведен анализ вкладов различных механизмов в диффузию примесей Не3 в гексагональной плотно упакованной фазе твердого гелия-4.
Основные положения, выносимые на защиту I. Создание оригинальной криогенной методики и аппаратуры для ЯШ? измерений диффузии вплоть до температур О,ОДС с использованием импульсного градиента магнитного поля, В результате на два порядка был расширен диапазон измерений и впервые измерены в твердом гелии предельно низкие значения коэффициентаі диффузии г ІСГ1 см2/сек.
2 Экспериментальное изучение температурных и концентра 3 ционных зависимостей коэффициента диффузии Не в гексагональной плотно упакованной решетке Не в области сильной локализа з ции атомов Не при низких температурах и высоких давлеиях.
3, Обнаружение особенностей зависимости коэффициента диф-фузии Не от давления в концентрированных твердых растворах Не в Не Б области низкотемпературного плато, исследование вкладов различных механизмов диффузии в этих условиях и определение величины спиновой диполь-дипольной диффузии.
. Исследование термоактивационной диффузии Не в ГПУ фазе при высоких температурах и определение значений энергии активации и предэкспоненциального множителя из анализа полученных температурных зависимостей коэффициента диффузии в твердых растворах Не -Не 5. Изучение активационной диффузии в кристаллах Не с раз 3 личным содержанием Не и вывод о независимости энергии актива з ции от концентрации Не , позволивший устранить существовавшие долгое время разногласия в оценках параметров вакансионной диффузии в твердом гелии.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные данные привели к обнаружении принципиально нового явления - локализации частиц в квантовых кристаллах, что существенно расширяет представления о кинетических процессах в кристаллах при низких температурах. Особенности диффузии, обнаруженные в работе, носят общий характер и могут проявляться кроме твердых растворов изотопов гелия также в других системах, представляющих интерес для прикладных исследований.
Разработанные методика и аппаратура ЯМР измерений ультранизких значений коэффициента диффузии с использованием импульсного градиента магнитного поля при низких температурах оригинальны и могут быть использованы для изучения таких объектов, как, например, растворы изотопов водорода и примесей Не в твердом водороде, а также других систем, охлаждаемых вплоть до температуры 0,4 К.
Основные результаты работы докладывались на Всесоозном совещании-семинаре "Неклассические кристаллы" (г. Севан, Арм.ССР, сентябрь 1982 г.), на Ш Республиканском совещании по физике криокристаллов Сг. Донецк, май 1983 г.), на XXI Международной конференции стран-членов СЭВ по физике и технике низких температур (г. Варна, НРБ, сентябрь 1983 г.), на Бакуриан-ских коллоквиумах по сверхтекучести и квантовым кристаллам 1983, 1984 г. (г. Бакуриани, Груз.ССР).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы работы [103,ПО,И5,116,119,122] .
Квантовая диффузия в твердых растворах изотопов гелия с малым содержанием Не
Значительным этапом в изучении свойств твердого гелия было открытие квантовой диффузии примесей Не3 в твердом Не [I] , содержавшее теоретическое предсказание [4] и экспериментальное обнаружение делокализации примесей в твердом гелии [31] .
Согласно представлениям, развитым в основополагающей работе Андреева и Лифшица [4] , в квантовых кристаллах благодаря большой амплитуде нулевых колебаний существует отличная от нуля вероятность обнаружения примесного атома в соседнем узле решетки.
В периодическом потенциале решетки благодаря механизму под-барьерного квантового туннелирования, примесные атомы Не3 дело-кализуются и превращается в квазичастицы примесоны, характеризуемые квазиимпульсом К. Гаер и Зейн [5] назвали такие квазичастицы волнами флуктуации масоы.
Если концентрация примесей мала, то их можно рассматривать, как разреженный газ примесонов, движущихся по всему объему кристалла, причем их энергия Е(К) , являясь периодической функцией квазиимпульса, может изменяться в пределах значений ширины примесонной зоны А , которая, в свою очередь, пропорциональна частоте туннелирования J3 , часто называемой обменным интегралом. Скорость движения примесонов можно оценить, пользуясь соотношением V-dE/dK CtJ3tf . При низких температурах, когда взаимодействием примесонов с фононами можно пренебречь, длина свободного пробега определяется рассеянием примесонов друг на друге: І С13/х6 , где X - концентрация приме - 20 -сей, a Q - эффективное сечение рассеяния. Применяя обычные газокинетические соотношения, можно показать, что коэффициент диффузии примесонов обратно пропорционален их концентрации и не зависит от температуры [32-34]
Первые экспериментальные подтверждения справедливости выражения (і.2-і) были получены в работах Ричардса, Поупа и Вайдома [35] и Григорьева, Есельсона, Михеева, Шульмана [31] , изме-рявших диффузию Не в твердом Не методом импульсного ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Концентрационные зависимости П(Х) полученные в работах [31,35] при молярном объеме V= 21 онколь согласовывались друг с другом в пределах ошибок: /7-1,6-10- х-1(см /сек) и )- 1,2 10-1-1 Ссм2/сек) - соответственно (здесь х - концентрация Не ). Следует подчеркнуть, что в работе была также показана независимость JJ от температуры в области 0,4 1,1 К и обнаружена тенденция к убыванию /7 с ростом температуры выше ІД К.
Из полученных результатов оказалось возможным оценить основной параметр квантовой диффузии - обменный интеграл J3lf Существовавшие теории [32,33] , в которых полагалось, что сече-ние рассеяния примесонов 6 CL приводили к чрезвычайно низким оценочным значениям для J3tf из выражения (l.2.l): /(//{. Эта величина по крайней мере на два порядка меньше обменного интеграла л3 для чистого Не3 при равных молярных объемах. Столь сильному отличию J3i и J3lf трудно было найти разумное объяснение, хотя и высказывались некоторые соображения о влиянии различия масс атомов Не- и Не на перекрытие волновых функций соседних атомов в решетках чистого твердого Не- и расг - 21 -воров Не -Не [36,37] . В то же время из большинства теоретических работ, вышедших в семидесятых годах [5,33,34,38,39] следовало, что J3l Ji4 , что приводит к неравенству б»аг. Последовательное рассмотрение роли взаимодействия примесонов друг с другом, объяснявшее причину последнего неравенства, было дано в работах Кагана, Клингера [40] и Андреева, Нейерови-ча [41] .
Рассмотрим, следуя [34] , взаимодействие пары примесонов, движущихся в квантовом кристалле. Поскольку их суммарная кинетическая энергия не может измениться более, чем на 2Д , то из принципа сохранения полной энергии этой пары следует, что и потенциальная энергия их взаимодействия, связанная с деформацией вокруг них решетки и опиоываемая соотношением вида U( ) U0(Q/z) [42] , также не может изменяться более, чем на 2Л . Из равенства U(RQ) 2A находим минимальное расстояние RQ , на которое могут сблизиться примесоны, и соответствующее сечение рассеяния с учетом такого сечения рассеяния коэффициент диффузии описывается выражением [40,41] :
Теория локализации примесных атомов в квантовых кристаллах и когерентная квантовая диффузия, стимулированная фононами
После открытия и детального изучения явления квантовой диффузии в твердых растворах изотопов гелия при малых концентраци-ях Не и несмотря на устранение основных противоречий между теорией и экспериментом, до недавнего времени оставался до конца нерешенным очень важный вопрос о роли взаимодействия примесей Не3 друг с другом. К каким последствиям должно привести это взаимодействие при увеличении концентрации примесей, и как будет изменяться квантовая диффузия в твердом гелии при концент-рации Не порядка нескольких процентов, когда сбой энергетических уровней на соседних узлах решетки за счет взаимодействия Не -Не превысит ширину примесонной зоны?
Результаты экспериментов в то время не давали ответа на эти вопросы, так как вплоть до максимальных изученных концентраций Не-3 ( 2-3$) поведение D указывало на зонный характер диффузии, а наименьшее измеренное значение 27 Ю си2/сек уже соответствовало пределу экспериментальных возможностей традиционной низкотемпературной техники измерения диффузии методом спинового эха.
Ответ на поставленные вопросы впервые был дан в работе Кагана [73] , где излагалась общая теория квантовой диффузии в неидеальных кристаллах со статическим сбоем уровней, связанным с сильным взаимодействием между примесными атомами. Как уже отмечалось, еще в ранних работах Кагана, Максимова и Клингера [б5,74] указывалось, что динамический сбой уровней сбой в результате взаимодействия с фононами, в силу узости при-месонной зоны может быть сравним или даже превысить А , что приведет к динамическому разрушению зоны и возникнет тенденция к локализации виртуального характера. При этом диффузия сохраняет когерентный характер, т.е. процесс туннелирования примесных атомов происходит без участия фононной системы, а неупругое взаимодействие с фононами происходит в удельных ямах [78] .
В последующих работах Кагана и Максимова [75,76] рассмотрено влияние статического сбоя уровней на кинетику диффузионных процессов в квантовых кристаллах. Наиболее подробно теория Кагана и Максимова изложена в работе [77] .
Рассматривая квантовую подбарьерную диффузию атомов в кристаллах в рамках формализма матрицы плотности, учитывающей статические (т.е. обусловленные нарушениями идеальности решетки) и динамические (обусловленные взаимодействием с фононами) флуктуации, авторы [77] показали, что в условиях пренебрежимо малого статического сбоя З б- О вероятность перехода примесной частицы на соседний узел решетки равна: усредненная по зоне частота рассеяния частицы на статических дефектах (в идеальном кристалле это - частота рассеяния примесонов друг на друге), частота столкновений примесонов с фононами, а весь первый член отвечает когерентной диффузии. Второй член У - описывает некогерентную диффузию, когда туннелирование сопровождается возбуждением фононной системы.
Поскольку энергетическая зона примесонов мала (А«д) то при не слишком низких температурах частица не может испустить или поглотить один фонон с энергией Т не нарушая закона сохранения импульса или энергии. Поэтому взаимодействие частицы с фононами может осуществляться посредством двухфононных процессов. Вычисление температурных зависимостей таких процессов дает следующий результат [77] : где константы Вь , Вс - / , N(U)) де-баевская частота.
Подстановка в выражение для коэффициента диффузии дает известное соотношение теории квантовой диффузии в идеальном кристалле (см. 2 Сі.2.7) - "правило Маттиссена": При Т 0 коэффициент диффузий быстро достигает своего пре J 7Л2/г дельного значения П =- - , л 3" . Для малой концентрации Как уже отмечалось, 6ejf ft"Q определяется из усло вия U0/-ffhA , поэтому Qx J3lJX , и при низких температурах, когда можно пренебречь УСр ,
С повышением температуры в кристалле с малым содержанием ПрИМе сей Х«(а/Й0) коэффициент диффузии (І.З.О быстро падает от своего низкотемпературного значения DT„Q по закону П Т » причем этот закон сохраняется до Т В в режиме динамического разрушения зоны. При предельно низких температурах Т«Л закон / может смениться на Т , что связывается с необходимостью учитывать температурное распределение скоростей квазичастиц, движущихся в зоне [77] . Во всем рассмотренном интервале температур некогерентная диффузия останется существенно меньше когерентной.
Предусилителъ и соотношение сигнал/шум .
Блок-схема ЯМР спектрометра, созданного с учетом указанных выше требований, приведена на рисунке 10. Рабочая частота спектрометра - 9,2 мГц. В качестве задающего устройства в спектрометре был использован программатор // [103] , управлявший работой импульсного высокочастотного генератора ВЧ через генератор длительностей радиоимпульсов ГД, генераторами видеоимпульсов градиентного тока ГИТ или ИТ через импульсный генератор Г5-53, а также запускавший запоминающий осциллограф СТ-29 для регистрации эхо-сигнала.
Схема программатора, выполненного на логических микросхемах серии КЇЗЗ, изображена на рис. II [103] . С кварцевого генератора КГ, собранного на трех элементах "И-НЕ" меандр частотой 10 мгц подавался на цепочку счетных триггеров Т-г-Тоо. последовательно поникающих частоту меандра в 2 раз (где П -номер триггера . Таким образом, если длительность положительного полупериода меандра на выходе первого триггера составляла ОД мксек, то на выходе последнего - 10" -2 430 сек. Программатор вырабатывал пять задающих синхроимпульсов, формируемых в последовательно соединенных блоках СНІ - СИУ. Временной интервал между синхроимпульсами задавался спосооом подключения входных "ЗИ-НЕ" элементов в блоках СШЫЗИУ к выходам триггеров ТЮ" 32 после прихода "взводящего" импульса на Я -вход СИ, переводящего nS -триггер в положение "1". "Опрокидывающий" отрицательный фронт поступает на о -вход через время V , равное сумме длительностей положительных полупериодов меандров, поступающих на входы "ЗИ-НЕ" данного СИ. Переход триггера в положение "О" вызванный эгим фронтом задает время прохождения соответствующего синхроимпульса и одновременно является "взводящим" сигналом для следующего СИ. СЙІ "взводился" либо вручную (кнопкой "пуск"), либо - в режиме "цикл" - последним синхроим - 69 пульсом СИУ, а опрокидывался в положение "О" задний фронтом положительного полупериода меандра, поступающего на его вход "Й-НЕ", Удвоенная длительность этого полупериода определяла длительность цикла.
Таким образом, можно было получать последовательность из пяти следующих каждый по своему каналу синхроимпульсов, разделенных интервалами от IOO мксек до сотен секунд, в одноразовом, либо в циклическом режиме с периодом повторения цикла до 860 секунд. Относительная точность соблюдения всех временных интер-валос определялась стабильность» КГ и составляла Ю .
Генератор ГП серии импульсов, служивших для насыщения спин-системы содержал 2 ждущих по мультивибратора на элементах "И-НЕ" и через 10 мсек после прихода запускающего его Ш или У синхроимпульса выдавал по отдельному каналу серию из сотни синхроимпульсов с промежутком между ними около 100 ІЮЄК (так называемая "пачка").
Для предотвращения случайных запусков от промышленных помех чувствительносгь входов управления блоков спектрометра загрубля-лась, а синхроимпульсы и "пачка" программатора усиливались до амплитуды 100 вольт.
Длительная эксплуатация программатора показала его высокую надежность и, несмотря на сравнительную простоту схемы, удобство его в работе.
Высокочастотный генератор Высокочастотный генератор (зч), представлявший собой импульсный автоколебательный генератор с контуром ударного возбуждения (КУВ) и мощным выходом на лампе ГМЙ-4, описан в [ICW] . Дрейф частоты его не превышал ± 300 гц, что существенно меньше спектральной ширины выходного радиоимпульса.
Работой КУВ управлял стандартный генератор парных импульсов Г5-7, искусственно разделенные каналы которого управлялись соответствующими синхроимпульсами программатора и вырабатывали видеоимпульсы, длительность которых соответствовала 90- и 180 градусным импульсам. Канал 90-ных импульсов управлялся также генератором насыщающей пачки и в этом режиме вырабатывал последовательность, содержащую около ста 90-ных импульсов с промежутками 100 иксек между ними. Настройка длительности 90-ного импульса производилась по максимуму сигнала первого стимулированного эха, возникавшего после третьего радиоимпульса в последовательности Хана, либо по максимуму амплитуды ССИ, причем "в обоих случаях результаты совпадали. После этого производилась настройка длительности 180-ного импульса по максимуму сигнала эха в последовательности Карра-Парселла. Таким образом, длительность 90-ного импульса составляла 3,0 мксек, а 180-ного -6,0 мксек.
Обработка первичных результатов и оценка погрешностей измерения коэффициента диффузии
Температура определялась по упругости пара над Не с помощью U -образного ртутного манометра или манометра Мак-Лео-да. Контроль за стабильностью температуры осуществлялся с помощью калиброванных угольных термометров сопротивления 8 и 18. Одновременно оба эти термометра использовались для сравнения температуры верхней и нижней частей образца, т.к. верхний тер-мометр 8 находился в контакте в рефрижератором Не , а нижний 18 находился на нижней медной части капилляра заполнения ячейки. Точность измерения температуры и ее стабильность были - I мк . Для получения температур выше 1,5 К использовалась полуторагра-дусная ванна 5, заполненная жидким Не , пары над которым откачивались насосом НВР-5Д. Заполнение ванны 5 производилось через фильтр б либо с помощью вентиля 2 [103] , либо через дроссель
Как известно, в последнем случае температура Т S 2Д7К-ванны 5определяется только теплопритоком к ней и скоростью откачки и автоматически стабилизируется. Контроль за температурой в 1,5 градусной ванне осуществлялся с помощью калиброванного угольного термометра сопротивления 4. Первоначально предполагалось использовать вентиль 2 для заполнения камеры в случае закупорки дросселя 3 примесями из гелиевой ванны. Однако, конструкция фильтра 6, предотавлявшего собой медную гильзу внутренним диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную спеченным медным порошком (размер частиц 10 мкм), оказалась столь удачной, что за весь период эксплуатации криостата при проведении многосуточных непрерывных экспериментов не было ни одного случая закупорки дросселя. Поэтому вентиль 2 открывался только для быстрейшего охлаждения прибора до 4,2 К в начале эксперимента. Ячейка образца, рефрижератор с Не и 1,5 градусная ванна отделялись от внешней ванны с жидким Не с температурой Т = 4,2 К вакуумной рубашкой, имеющей фланцевое разборное уплотнение с прокладкой из листового полиэтилена толщиной » 0,2 мм. Для облегчения первоначального охлаждения прибора, рубашка заполнялась газообразным Не4 при давлении 2-3 мм рт.ст. По достижении температуры Т 30 К этот газообразный гелий адсорбировался несколькими горошинами палладированного силикоге дя, специально помещенного в медной сетке снаружи рефрижерато 3 ра с Не .
Как уже упоминалось, в целях борьбы с токами Фуко нижняя часть вакуумной рубашки 10 была изготовлена из эпоксидной смолы " St у Cast -1266" и представляла собой цилиндр диаметром 22 мм, высотой 65 мм с толщиной стенок 2 мм. На боковой поверхности цилиндра параллельно его образующей были выфреэерованы четыре симметричные относительно его оси канавки шириной 2 мм, глубиной 1,5 мм, длиной 55 мм. В эти канавки было уложено по 40 витков медной проволоки ПЭВ-1 і 0,25 двух, прямоугольных катушек импульсного градиента размером ІЗ х 55 мм. С целью повышения механической прочности, катушки были пропитаны стайкастом и приклеены к стайкастовому корпусу рубашки. Таким образом, после полимеризации катушки и вакуумная рубашка представляли собой монолитное тело. Такая конструкция вакуумной рубашки и градиентных катушек имеет следующие преимущества:
1. Оптимальное расположение катушек, обеспечивающее достаточное удаление их как от внутренней металлической стенки криостата, так и от образца.
2. Катушки омнваются жидким гелием при температуре 4,2 К, что предохраняет их от перегрева и стабилизирует температуру.
3. Градиентные катушки и ячейка образца разделены достаточной тепловой и механической развязками, что существенно, учитывая нагрев катушек за счет джоулева тепла, и их смещение во внешнем поле п под действием силы Лоренца при прохождении импульсов тока.
Специальная система коммуникаций образца служила для приготовления исходных газовых смесей Не -Не , которые хранились в баллонах объемом Й7 литров. Давление, необходимое для получения образцов твердого гелия, создавалось с помощью газификатора, представлявшего собой толстостенный сосуд из бериллиевой бронзы объемом около 10 см , помещенный в отдельный дьюар с жидким гелием. Газификатор соединялся линией высокого давления с капилляром заполнения ячейки образца. Для получения высокого давления исходная смесь Не -Не конденсировалась в газификатор, а после отключения линии конденсации испарялась и переконденси-ровалась в измерительную ячейку. Давление на входе капилляра заполнения измерялось стрелочным манометром класса 0,5.
Система коммуникаций HeJ содержала два баллона объемом 20 и 5 литров и ртутные манометры ( U -образный и Мак-Леода) з для измерения давления паров над жидким Не . Имевшегося в CMC S теме Не (0,8 моля) хватало для непрерывной работы рефрижератора в течение 10-12 часов при Т 0,5 К. Конструкция адсорбционного насоса позволяла осуществлять периодическую регенера 3 цию и возврат Не с последующей конденсацией его в рефрижератор без отогрева образца выше 1,5 К.
Сопротивление угольных термометров измерялось обычным образом с помощью потенциометра Р-ЗбЗ/1. Подключенный к его входу цифровой микровольтамперомметр Ф -30 позволял оперативно следить за ходом охлаждения рефрижератора с Не и образца.
