07稀释制冷机_20mK

稀释制冷是DR的核心环节，提供了最后的800mK到20mK的制冷。

• He-3是费米子，直到~ 1mk 才会形成超流体 (He-3是核加工的副产物，极为罕见。只是在过去的40年里，大量的氦才得以用于实验)

• He-4是一种玻色子，在2.17 K 下形成超流体 (He-4通常从天然气井中提取，主要在卡塔尔、美国、阿尔及利亚和俄罗斯)

当He3和He4混合时，它们具有有限的溶解度。接着，在870 mK以下，He3（1mK）和He4（2.17K）两种流体发生相分离，形成平衡。

• 富含He3的密度较小，浮在上层——浓相

• 富含He4的密度大，沉于下层——稀相

根据两者的蒸汽压与温度的变化，在800mK - 1K内，通过泵抽取到1mbar上下，就可以（几乎）完全地只抽走He3。

通过降低稀相中He-3的浓度，系统为了保持平衡，下层将从浓相（上层）中补充He-3。 而打破3He - 3He键，形成3He - 4He键的过程需要能量，它是从周围环境中获取的，这就形成了降温的事实。

并且实验上发现，即便是温度达到绝对零度，稀相中仍然可以保留约6.4%的He3，意味着即便温度趋近绝对零度，仍然可以维持稀释制冷过程（i.e. 不断抽取稀相中的He3，浓相中的He3也将持续越过相界面，进入稀相），这就使得稀释制冷成为一种可以应用到接近绝对零度的制冷技术。不过出于工程难度以及效率的考虑，[DR 的温度范围被限制在 2 mK 左右](Dilution refrigerator - Wikipedia)。

下表是两种DR的不同结构：

wet	dry无液氦
外真空室(OVC)和内真空室(IVC)	一个真空(OVC)室
需要LN2 & LHe要求	不需要LN2和LHe(使用脉管)
交换IVC中的气体，将稀释单元预冷至T<10K	自动化的预冷线将稀释单元预冷至T<10K
用1K Pot冷凝He3	用J-T阀冷凝He3