玻璃廣口實驗液氦杜瓦瓶的漏熱和溫度分布（一）

在使用實驗液氦杜瓦瓶時，對它的漏熱和瓶內(nèi)溫度分布有所了解是重要的。找到漏熱的主要因素加以克服，可以使蒸發(fā)速度降低，大大地延長實驗時間；在一些實驗中，如裝置在4.2K液面以上的恒溫器，超導(dǎo)電引線的使用，77K屏或擋板的設(shè)置等，則要知道瓶內(nèi)溫度的分布情況.對廣口實驗杜瓦， J.Boardman， P.Lyn an和R.G.Scurlock等1在研究瓶內(nèi)溫度分布及氣流分布的基礎(chǔ)上提出了減少漏熱的一些方法，倉岡泰郎等又特別研究了從瓶口室溫部分向下的輻射的影響和計算，但大多是處理瓶內(nèi)壁上部有固定的液氮冷卻77K溫度點的金屬杜瓦。在瓶壁溫度分布方面， M.J.Crooks對玻璃杜瓦進行了測量， 但主要工作也是對瓶內(nèi)壁上部固定在77K的杜瓦做的，并且只研究了77K以下的部分.國內(nèi)一般使用70cm長雙層壁一直通到室溫的玻璃杜瓦瓶，我們研究了這類杜瓦的漏熱及
瓶溫分布、本文報道了我們的一些實驗結(jié)果.
漏熱
一、
1.所用液氨杜瓦是一般熱電測量和溫度測量中常用的外徑80mm，內(nèi)徑60mm，長700mm的鍍銀玻璃杜瓦瓶(上海玻璃一廠制造)，外面套一外徑120mm，內(nèi)徑95mm，長600mm的液氮杜瓦瓶(圖1).總的漏熱由20至30分鐘內(nèi)液面高度i的變化算出，誤差土2mW.用手電照射，通過1cm左右寬窄未鍍銀的垂直狹縫，可清晰地看到液面.液氮杜瓦和液氦杜瓦的透明狹縫對正.實驗表明，在沒有直射光線照射時，狹縫錯開和對正，液氦的蒸發(fā)差別很小，從我們所用的浮子流量計估計，小于3mW.在觀察液面時用手電照射，

 由于和總的觀察時間相比，照射時間只占1%左右，影響很小.實驗時，兩瓶狹縫對正，沒有直射光線.氮液面一直維持在較高的位置，離液氮杜瓦瓶口7±2cm處.進人液氦的還有一支輸液管(圖1中未畫出)，為消除熱聲振蕩的影響，實驗時，輸液管上口和氣柜相連.
2.廣口杜瓦主要的漏熱來源有三.一是從處在室溫的杜瓦瓶口向下的熱輻射qp，二是沿著杜瓦瓶壁向下的固體傳熱9c，三是從
液氦杜瓦瓶77K外壁向液體氦的熱輻射4R及通過剩余氣體的傳熱4g.重要的是要設(shè)法大致估計出每一項的大小，在具體情況下找
出主要的漏熱來源.液He杜瓦一防輻射擋板液N彈性銅片熱電偶滑動結(jié)點
4.
在灌液氦前，先用空氣沖洗液氨杜瓦夾層6一10次，每次抽到10-2托，然后充入大氣以保證去除因滲漏或其它原因進入夾層的多余的氦氣，*后抽到3×10-²托左右.灌入液氨，由于液氦的冷凝作用，剩余氣體傳熱q：可以忽略.在各次實驗中，處理杜瓦瓶夾層
的時間長短，次數(shù)多少，真空程度都不盡相同，但總的漏熱基本不變，證實了這種看法知道了銀層的輻射系數(shù)，77K側(cè)壁的熱輻射qo近似地可以算出.我們采取比較保守的估計，取銀層輻射系數(shù)8=0.03.這一項漏熱和冷表面的面積，即液面高度成正比，約
1--3mW.
沿壁向下的傳導(dǎo)漏熱依賴于蒸發(fā)的冷氣流吸收熱量的多少.一般講測出沿瓶壁的溫度分布，知道了所用玻璃的熱導(dǎo)率后可以算出.由于沒有熱導(dǎo)率的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，我們采用另外的方法1.習(xí)：用一浸沒在液氦中的加熱器加熱，選擇某一加熱功率qh使沿壁向下的固體
傳熱全部為上升的冷氣流吸收，此時總的漏熱為qx.q.一qa一GR+qo(圖2)，加熱器功率為零時的總漏熱用q.表示，4o一(9：一qh)一4c.在我們的實驗中，選用4h~50mW，得到的結(jié)果一般要比按溫度梯度和熱導(dǎo)系數(shù)估計的大一些.