HeIの急冷却によって起こるHeI-HeIIラムダ相転移の研究

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本実験は,ラムダ点温度よりもわずかに高い温度の飽和HeI相(常流動液体ヘリウム)を急激な蒸気減圧により冷却し,ラムダ相転移によりHeII相(超流動液体ヘリウム)に変換し,その際の両相間の界面が自由表面から下方へ伝播して行く現象を実験的に調べ,ラムダ相転移に関する研究をするものである.具体的には,光学的可視化法と超伝導温度計による温度計測を相補的に用い,以下のテーマに関して調べた.1. 相界面の現出条件(臨界冷却熱流束),および界面層の動的安定性臨界冷却熱流束の存在が確認され,その大きさも以下に述べる理論の枠内で予測できる事が分かった.また,可視化実験により,界面層の移動は動的に安定であると結論された.2. 界面層の伝播速度の冷却熱流束あるいは自由界面からの距離に対する依存関係が明らかにされた.また,強過ぎる減圧によっては,沸騰が起こり,安定した界面が現れないことも分がった.3. 相界面近傍の温度構造温度自体は連続であるが,やその空間微係数は両相における伝熱メカニズムの違いがら不連続性を有する事が分かった.また冷却によっても, HeII相に量子化渦が発生し,これにより微小ではあるが温度勾配を生じさせていることが分かった.従って,HeII相の温度は,海面の移動に伴い徐々に降下してゆくことが明らかになった.4. 以上の知見を基に,界面現出の支配メカニズムや界面伝播速度の決定機構のモデル化,およびその数値解析を行い,実験と良好な一致を見た.