ソルトピルの作製と　　　断熱消磁冷却実験

宇宙物理実験研究室　佐々木美保

１．目的・　マイクロカロリーメータという超伝導体の X線検出器を使用する際、低温にしなくては高い分解能を得られない

→ そのための冷却を断熱消磁冷凍機を使って行う→ 冷却の媒体となる新しい磁性体カプセル (CrKミョウバンのソルトピル ) を作製し、到達温度および比熱の向上を目指した。（現状は鉄ミョウバンのソルトピルで 65mK)

２．冷却の原理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　

磁性体の温度 T とエントロピー S の関係

constT

H

断熱消磁では

(H ：磁場、 T ：温度 )

等温磁化

断熱消磁

磁場H1[T]

T0T１

S１

S0

0

S

T(K)

磁場０[T]A

B C

３．断熱消磁冷凍機 (ADR) の構造

５０ｃｍ

４．ソルトピルの構造結晶注入口

金線 160 本

外筒 (SUS)

張り板( ガラスエポキシ )

熱リンク (Cu)

磁性体として CrK ミョウバン[KCr(SO4)2 ・ 12H2O] を

選択した。

完全に充填すると 65.1g

５． CrK ミョウバンの結晶作成

[KCr(SO4)2 ・ 12H2O] ・・・ 2.8 ｇ蒸留水・・１０ｍｌ

< ビーカー内で作製した結晶 >

一日に約１．５ｇ析出

約１ cm

６．実験方法

液体窒素予冷 ( ～７７ K) ８時間

等温磁化、断熱消磁 ２時間

< ソルトピルの組み込み >

< ソルトピルの組み込み >

７．結果①

上図：時間と磁場の関係下図：時間と温度の関係

温度と磁場の関係

－ CrK ミョウバン－ 鉄ミョウバン

a

b

c

ab

c

a

b

c

等温磁化

断熱消磁 等温磁化

断熱消磁

８ . 結果②CrK ミョウバン

鉄ミョウバン

断熱消磁開始磁場B0(T)

２．８２ ２．８５

断熱消磁開始温度T0(K)

２．４１ ２．２４

最低到達温度 T( ｍ K) ２２４ ６６．３

最終内部磁場 B( ｍ T) B=B0(T/T0)

２１０ ８４

９ . 考察①・重さから見積もれる充填

率%6.89

1.65

3.58

g

g

の量ソルトピルに入る結晶作製した結晶の量

・ ソルトピルのレントゲン写真

→ ソルトピル内部に結晶は十分出来ていた。

１０ . 考察②最低到達温度が高かった原因を考察する。 ⇒ 内部の結晶状態を調べるため、比熱を求めた。< 比熱の測定方法 >

１ . ソルトピルに熱を加える 2. 温度上昇から比熱を求める 3. 文献値と比較して、内部の結晶状態を調べる

比熱測定は　①２３５ mK

　　　　　　　　 ②２４０ mK

　　　　　　　　 ③２５４ mK

の３つの温度で行った。

１１ . 比熱測定結果

ソルトピルの温度 測定値 (J/K) 文献値 (J/K)

２３５ｍ K の時 ０．４８ ０．１３６２４５ｍ K の時 ０．３５ ０．１３１２５４ｍ K の時 ０．２７ ０．１１７

測定値の方が文献値よりも大きい

磁気比熱 2

2

T

CbCM (C: キュリー定数、ｂ：内部磁場、 T ：温度 )

1 ２ . 結論

１２水和物を確実に作製する方法を考えなければならない温度の最適化など検討を進める

・結晶の形状から６水和物であることが分かった

・比熱2

2

MT

CbC が大きいことから、内部磁場が大きく、到達

温度が高かった

CrK ミョウバン ( ６水和物 ) 鉄ミョウバン ( １２水和物 )