Исследование макроскопической динамики квантово-вихревых систем в сверхтекучем гелии методом затухания пробных одиночных импульсов тепла.

Ключевые слова: СВЕРХТЕКУЧИЙ ГЕЛИЙ, ВТОРОЙ ЗВУК, КВАНТОВЫЕ ВИХРИ, ТУРБУЛЕНТНОСТЬ

Аннотация

В данной работе представлена простая и эффективная методика исследования особенностей формирования, временной эволюции и распада вихревых клубков, формируемых противотоком нормальной и сверхтекучей компонент He-II, детектированием состояния вихревой системы пробными одиночными прямоугольными импульсами второго звука одной из разновидностей квазиодномерной геометрии, а также первые полученные с ее помощью результаты. Данная методика позволяет оценить стационарную плотность вихревых нитей при конкретной температуре гелиевой ванны и мощности тепловой накачки, скорости формирования и распада вихревых клубков, а также проверить равномерность распределения вихрей вдоль направления распространения теплового потока в разные моменты от включения/выключения накачки.
Использовавшаяся в данном исследовании ячейка представляет собой два узких (d  3 mm) перпендикулярно пересекающихся канала круглого сечения, в каждый из которых  помещается по нагревателю, представляющих собой металлические тонкие пленки на диэлектрической подложке из оксида кремния. Один из нагревателей является источником квантованных вихрей, генерируемых тепловыми потоками различной мощности и формы. Второй нагреватель является источником одиночных пробных импульсов второго звука. Для регистрации импульсов используется сверхпроводящий детектор-болометр, представляющий собой пленку из оловянной бронзы на подложке из кварцевого стекла. Болометр обладает максимальной чувствительностью в середине своего сверхпроводящего перехода, температуру которого можно сдвигать с помощью магнитного поля от сверхпроводящего соленоида.
В случае, когда нагреватели располагались непосредственно у перекрестья каналов, а генерация вихрей осуществлялась стационарной накачкой, наблюдалось затухание тепловых импульсов при превышении критической мощности теплового потока. Зависимость величины затухания от мощности постоянного теплового потока имела вид степенной функции с n  2. Также наблюдалось довольно длительное по времени ( 1-10 сек) возвращение в равновесие после отключения постоянной накачки, по сравнению с временами разрастания вихревого клубка, происходящего почти мгновенно. Полученные результаты полностью воспроизводят результаты наших экспериментов в случаях, когда один нагреватель являлся и источником пробных импульсов второго звука, и источником постоянного теплового потока.

Keywords: SUPERFLUID HELIUM, SECOND SOUND, QUANTUM VORTICES, TURBULENCE

Abstract