к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Гелий твёрдый

Гелий твёрдый - гелий в кристаллич. состоянии, существует только при достаточно высоких давлениях. Известны три устойчивые кристаллич. модификации ⁴He: гексагональная плотноупакованная при давлениях выше 25 атм (2,5 МПа); кубическая объёмноцентрированная в узкой области диаграммы состояния ⁴He, примыкающей к кривой плавления в интервале температур 1,46-1,77 (см. рис. 1 к ст. Гелий жидкий); кубическая гранецентрированная при темп-pax Т>14,9 К и давлениях > 105 МПа (1050 атм). Для твердого гелия характерны низкая плотность (до 0,19 г/см³) и высокая сжимаемость (до 3,5*10^-8 Па^-1). При исследовании механич. свойств твердого гелия обнаруживает высокую пластичность ,предел текучести при сдвиговых деформациях порядка 10³ Па. По оптич. свойствам твердый гелий, как и жидкий гелий,- прозрачная бесцветная среда, показатель преломления к-рой близок к 1 (1,038 при 2,5 МПа), гексагональная плотноупакованная фаза обладает слабым двойным лучепреломлением (n_i-n₀=+2,8*10^-6). Твердый гелий - диэлектрик, электрич. прочность его достигает 10⁷ В/см. К особенностям твердого гелия следует отнести низкие значения Дебая температуры, (до =25 К) и сравнительно большую роль энгармонизма тепловых колебаний (см. Динамика кристаллической решетки). Кроме того, в твердом гелии, как и в жидком, практически нерастворимы примеси, за исключением лёгкого изотопа гелия ³He.

Большая амплитуда колебаний атомов твердого гелия при T=0 К (нулевых колебаний) приводит к неустойчивости его кристаллич. состояния при давлениях ниже 2,5 МПа. Это обусловливает и др. необычные свойства твердого гелия, что заставляет отнести его к особому классу твёрдых тел - к т. н. квантовым кристаллам, к-рые отличаются прежде всего необычным характером движения точечных дефектов (напр., вакансий). В обычных классич. кристаллах при достаточно низких темп-pax такие дефекты оказываются "замороженными" в определ. положениях в кристаллич. решётке. В твердом гелии из-за большой амплитуды нулевых колебаний атомов отлична от 0 вероятность квантового туннелирования дефекта, напр., из одного узла решётки в соседний узел. Если эта вероятность достаточно велика (как это имеет место в случае вакансий и примесных атомов ³He), то дефект делокализуется, т. е. движется как квазичастица, обладающая определ. энергией и квазиимпульсом (см. Вакансион, Дефектон). Процессы диффузии таких дефектов подчиняются другим закономерностям, чем обычная классическая диффузия (см. Квантовая диффузия).

Квантовые эффекты существ. образом влияют также на поверхностные процессы в кристаллах Не. В частности, при Т<1 К движение межфазной границы между жидким и твёрдым гелием (т. е. рост и плавление кристалла) может происходить практически бездиссипативным образом. Это обеспечивает возможность существования слабо затухающих колебаний поверхности твердого гелия, обусловленных периодич. плавлением и кристаллизацией. Эти т. н. кристаллизационные волны ,во многом аналогичны капиллярным волнам на поверхности жидкости.

Твёрдый ³He также известен в трёх кристаллич. модификациях: объёмноцентрированной кубической при давлениях 2,9-13,5 МПа и темп-pax Т<3,1 К, гексагональной плотноупакованной при более высоких давлениях и темп-pax и гранецентрированной кубической при давлении выше 161 МПа и T18 К. Физ. свойства твёрдого ³He аналогичны свойствам твёрдого ⁴He. Отличия обусловлены гл. обр. наличием спина I=¹/₂ у ядра ³He. При не слишком низких темп-pax твёрдый ³He - ядерный парамагнетик с восприимчивостью, подчиняющейся Кюри - Вейса закону (см. Ядерный парамагнетизм ).При Т<1 мК твёрдый ³He - антиферромагнетик. Антиферромагнетизм ³He обусловлен обменным взаимодействием между ядерными спинами (значительно более слабым по сравнению с взаимодействием в жидком ³He). Энтропия твёрдого ³He при Т>1 мК практически постоянна и равна: RIn 2 (где R - газовая постоянная). Это приводит к наличию глубокого минимума на кривой плавления при T=0,32 К. Поэтому кристаллизация ³He при Т<0,32 К в условиях, близких к адиабатическим, вызывает понижение температуры (Померанчука эффект ).Эффект Померанчука лежит в основе одного из наиб. эффективных методов получения температур порядка 1 мК (см. Низкие температуры).

Литература по твердому гелию

Андреев А. Ф., Диффузия в квантовых кристаллах, "УФН", 1976, т. 118, с. 251;
Лоунасмаа О. В., Принципы и методы получения температуры ниже 1 К, пер. с англ., M., 1977;
Квантовые жидкости и кристаллы, [Сб. ст.], пер. с англ., M., 1979;
Кешишев К. О., Паршин А. Я., Бабкин А. В., Кристаллизационные волны в Не⁴, "ЖЭТФ", 1981, т. 80, с. 716;
Wilks J., The properties of liquid and solid helium, Oxf., 1967.

А. Я. Паршин

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира