... Conformation des polymères cristaux liquides en peigne.

JUIN 1989 N° 2

Atteindre 70 mK
sans azote ni hélium liquide :
c'est possible !

Le 25 décembre à 15 heures, M. Dufroid se lève de table en disant: " Je vous laisse, je dois aller à Saclay remplir mon cryostat d'hélium liquide ". Il n'avait jamais encore entendu parler du cryogénérateur à dilution réalisé par P. Pari...

Au sein du groupe de cryogénie du DPh/SRM, P. Pari a atteint le but qu'il s'était fixé : obtenir de très basses températures en régime continu sans jamais consommer, aussi bien au démarrage qu'en fonctionnement, de l'azote ou de l'hélium liquide. De plus, il voulait créer un appareil libre de toute servitude humaine.

L'idée de base est d'utiliser un cryogénérateur commercial à deux étages : le premier étage délivre une température de 60 K et le deuxième de 12 K. Ce cryogénérateur produit du froid par compression et détente de gaz. Les températures obtenues sont proches de celles de l'azote liquide (70 K) et de l’hélium liquide (4,2 K). Il est donc facile de se passer de ces derniers pour obtenir une température de l'ordre de 10  K.

Les problèmes commencent lorsque l'on veut descendre plus bas en température. Un cryostat à dilution a besoin d'une réserve de froid à 4,2 K pour pouvoir fonctionner. Il faut donc rajouter un étage de compression intermédiaire à 4He qui va permettre de créer cette réserve de froid à partir de 12 K (circuit 2 sur le schéma). L'4He sort d'un compresseur à une pression de 12 bars, est prérefroidi par le cryogénérateur, puis subit une détente de Joule-Thomson dans une fuite calibrée qui le liquéfie en partie. Le circuit est alors refermé sur lui-même, le compresseur pompant sur le liquide. La température obtenue après la détente (pot 4He) est un peu inférieure à 4,2 K. Il suffit alors de connecter à l'ensemble un réfrigérateur à dilution pour refroidir des échantillons de quelques cm3 jusqu'à 50 mK.

Le prototype, présenté sur la Fig. 1, a permis d'atteindre une température de 70 mK dans la chambre à dilution. Le temps de mise en froid est d'environ 20 heures, ce qui est tout à fait raisonnable.

Cet appareil est relié à un automate programmable et à un micro-ordinateur. Le premier gère les compresseurs et un ensemble de vannes automatiques, et le dernier lit les températures et contrôle le tout.

Le cryogénérateur à dilution devient ainsi complètement autonome.

M. Dufroid pourra prendre tranquillement son café le 25 décembre 1989 à 15h15. 


Contact :

Patrick PARI, DPh / SRM. Tél. : 69.08.74.l6


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Figure 1 et 2 : Vues du cryogénérateur à dilution.


BRÈVE DESCRIPTION D'UN RÉFRIGÉRATEUR A DILUTION

Un mélange 3He-4He se sépare en 2 phases en dessous de Tc=0.87 K. L'une des phases, riche en 3He flotte au-dessus de la phase riche en 4He. La dilution d'un atome d'3He de la phase riche en 3He dans la phase riche en 4He s'accompagne d'un effet frigorifique. Cet effet est analogue à celui de la détente d'un gaz dans un autre. Le circuit n° 3 du schéma thermique représente le trajet effectué par le mélange 3He-4He. A 1 K, la pression de vapeur de l’3He est beaucoup plus grande que celle de l'4Ne. Cela permet, en pompant sur le mélange (contenu dans le distillateur) d'extraire préférentiellement de l'3He. L'3He ainsi obtenu est compressé, refroidi par des détentes, puis débouche dans la partie haute de la chambre de mélange qui contient le mélange riche en 3He. La partie basse de cette chambre est reliée au distillateur.

 


Figure 3 : Schéma thermique du cryogénérateur à dilution.

Le Comité de rédaction


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