1-Kポット

1 K ポット(つまり 1ケルビンポット) は、約 1 ケルビンまでの温度を達成するために使用される 極低温装置です。

1-Kポットは、極低温システム内の液体ヘリウムで満たされた小さな容器です。^[1] 通常、サイズは数立方センチメートルで、ピックアップチューブがデュワー瓶の一次液体ヘリウム槽まで伸びています。液体ヘリウムの入った容器を真空ポンプに接続すると、液面上の蒸気圧が下がり、よりエネルギーの高いヘリウム分子が液体から蒸発します。粒子が蒸発して液体からポンプで排出されると、熱エネルギーを一緒に運ぶため、残った液体は冷却される傾向があります。この技術は蒸発冷却として知られています。

大気圧では、⁴ He (ヘリウムのより豊富な同位体) は 4.2 K で液化します。蒸発冷却を使用すると、1 K までの温度を簡単に生成できます。この技術は操作がかなり簡単ですが、最低温度に達するには液体ヘリウムの約 50% を蒸発させる必要があるため、大型のヘリウム槽には非効率的です。少量のみを 1 K まで冷却する必要がある場合は、1-K ポットを使用します。小型の 1-K ポットの表面のみをポンプで汲み上げ、液体ヘリウム槽の残りの部分は大気圧のままにします。

この方法は、単純な極低温システムで物体を 1 K まで冷却するのによく使用されますが、より複雑な極低温システムでより低い温度までブートストラップするのにもかなりよく使用されます。たとえば、³ He 冷蔵庫では、凝縮した³ He (ヘリウムの希少同位体) が蒸発冷却され、200 mK まで温度を下げることができます。ただし、³ He はまず液体に凝縮する必要があり、この目的には通常 1-K ポットが使用されます。

もう 1 つの例は希釈冷凍機です。希釈冷凍機では、 ³ He と⁴ Heの混合物が混合チャンバー内で相境界を形成し、数ミリケルビンまで冷却できます。希釈冷凍機では通常、 1-K ポットを使用して³ He/ ⁴ He 混合物を凝縮します。