超流動デモ実験 低温物質科学研究センター 松原 明 超流動4Heが見せる不思議な世界 ・超流動4He ・スーパーリーク ・噴水効果

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1 超流動デモ実験 低温物質科学研究センター 松原 明 超流動4Heが見せる不思議な世界 ・超流動4He ・スーパーリーク ・噴水効果
松原　明 超流動4Heが見せる不思議な世界 　・超流動4He 　・スーパーリーク 　・噴水効果 　・フィルムフロー 2003年11月21日 於：理学部６号館

2 液体4He 超流動4He ・無色透明の液体 ・１気圧のもとでは，4.2Kで液化 軽い質量 + 弱い粒子間相互作用 絶対零度まで固体にならない
常流動 固体 気体 液体 25気圧 2.17 K 臨界点 量子統計力学 　→T=0[K]でエントロピーゼロ 絶対零度近傍で秩序相に転移 超流動4He

3 超流動4He 本日のデモンストレーション １）Ｔ ＜ 2.17 Ｋ で粘性がなくなる →スーパーリーク ２）大きな熱伝導率 →沸騰のない気化
　　　　→スーパーリーク ２）大きな熱伝導率 　　→沸騰のない気化 ３）噴水効果 ４）フィルムフロー ２）２流体モデル（温度で割合が変わる） 　　　常流動成分：粘性を持つ成分 　　　超流動成分：粘性を持たない成分 　　　　→様々な音波（温度の波など） 本日のデモンストレーション 超流動成分の割合 常流動成分の割合

4 実験装置の概要 デュワー ・マホービン：２重のガラス管 ・隙間は真空 77K 4.2K → ポンプ 銅板 （温度を一定にする）
→　　ポンプ　 77K デュワー ・マホービン：２重のガラス管 ・隙間は真空 4.2K 銅板 （温度を一定にする） 　　　　の「あわ」を減らす （表面からだけ蒸発）

5 1）超流動になると急に 4He の沸騰が止まる 沸騰：熱伝導が悪い→局所的に気化 気泡が出る 超流動：熱伝導非常に大きい 温度一定
表面からのみ気化

6 2）スーパーリーク 非常に細かい粉（アルミナ） 少しでも粘性のある液体は流れない 超流動成分：粘性ゼロ 液体がしたたり落ちる
超流動成分の割合 常流動成分の割合 2）スーパーリーク 非常に細かい粉（アルミナ） 　少しでも粘性のある液体は流れない 超流動成分：粘性ゼロ 液体がしたたり落ちる 低温ほど速く落ちる

7 3）噴水効果 温度差つける ・超流動成分と常流動成分の割合変化 ・圧力差がつく 超流動成分のみ通過 勢いよく噴水のように吹き出す ヒーターで
　超流動成分のみ通過 ヒーターで 温度を上げる 　勢いよく噴水のように吹き出す 非常に細かい粉（アルミナ） 　少しでも粘性のある液体は流れない

8 ４）フィルムフロー 超流動の薄い膜を通じて He がビーカ－の外に流れ出てしまう。 超流動膜によるサイフォンの原理
原子100個分 ぐらいの厚さの 　　　薄い膜 超流動の薄い膜を通じて He がビーカ－の外に流れ出てしまう。 超流動膜によるサイフォンの原理 フィルムフローに比べるととても遅い （薄すぎるため，通常は粘性のために流れない）