4He超流密度分布研究
制冷技术概述
制冷技术概述1.1制冷技术及其应用1.1.1.制冷的基本概念制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。
制冷是指用人工的方法在一定的时间和空间内从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质，制造和获得低于环境温度的技术。
能实现制冷过程的机械和设备的总和称为制冷机。
制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。
制冷剂在制冷机中循环流动并与外界发生能量交换，实现从低温热源吸取热量，向高温热源释放热量的制冷循环。
由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此制冷的实现必须消耗能量，所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能、化学能或其它可能的形式。
制冷几乎包括了从室温至0K附近的整个热力学温标。
在科学研究和工业生产中，常把制冷分为普通制冷和低温制冷两个体系。
根据国际制冷学会第13届制冷大会（1971年）的建议，将120K 定义为普冷与低温的分界线。
在120K和室温之间的温度范围属于“普冷”，简称为制冷；在低于120K 温度下所发生的现象和过程或使用的技术和设备常称为低温制冷或低温技术，但是，制冷与低温的温度界线不是绝对的。
1.1.2.制冷技术的应用制冷技术几乎与国民经济的所有部门紧密联系，利用制冷技术制造舒适环境以保障人身健康和工作效率；利用制冷技术生产和贮存食品；利用制冷技术来保证生产的进行和产品质量的要求。
制冷技术的应用几乎渗透到人类生活、生产技术、医疗生物和科学研究等各领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大的作用。
1.1.2.1.商业及人民生活食品冷冻冷藏和空气调节是制冷技术较重要的应用之一。
商业制冷主要用于对各类食品冷加工、冷藏贮存和冷藏运输，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。
典型的食品“冷链”由下列环节组成：现代化的食品生产、冷藏贮运和销售，较后存放在消费者的家用冷藏冷冻装置内。
舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。
低温技术基础 习题1-3答案
《低温技术基础》习题1.低温（深冷）与制冷(普冷)的温度分界线为：120k2．氮气的标准沸点 77.36k ；液化天然气的主要成分甲烷的标准沸点 111.7k ； 氢气的标准沸点 20.39k ；通常情况下氦气（4He ）的标准沸点为 4.224k ；氧气的标准沸点 90.188k 。
(以上数值精确到0.1K ）3.温度下降，材料的屈服强度升高；材料的硬度升高；材料的延展性下降 ；润滑油粘度增加；纯金属的导热系数上升；气体的导热系数 下降 ；金属导体的电阻 下降。
4. 1908年，Leiden university 的Onnes 实现了氦的液化，从此不再有永久气体。
5.比较以下4种热力学过程的参数变化？ 表16. “答：正确，在一个大气压下氧气的液化温度为90K ，且氧的三相点低于77K 。
所以液态的氧气能达到77K 的温度7．“液化温度越低的气体其理论最小液化功越大”是否正确？为什么？ 答：不正确，例如氦的液化温度比氢要低，但其最小理论功还是氢大。
8．氦气难以液化是因为其理论最小液化功大吗？为什么？ 答：不是，是因为氦气的转化温度和液化温度都非常的低9．画出气体液化理论循环的流程图和T-s 图，并写出气体液化所需理论最小功 的计算公式。
答： w min =)()(111f f h h S S T ---10．写出空气中含量前三位的气体成分并标注其体积百分比。
答：78.12%氮，20.95%氧，0.93％氩（干燥空气）11．什么是等温节流效应？在T-s 图上表示出等温节流效应。
答：()r p h h h h h h T T c q ∆-=-=-=-=1020210即它在数值上等于压缩前后气体的焓差，这一焓差常用-△hT 表示，称为等温节流效应。
12．气体等温压缩后再等熵膨胀后所获得的制冷量表达式？（请在T-s 图上标出过程），并解释其制冷量与膨胀功和等温节流效应的关系？答：()()e T s w h h h h h h h q +∆-=-+-=-=2110200即制冷量为等温节流效应与膨胀功w e 之和。
关于凝聚态物理简介_如何提高物理成绩
关于凝聚态物理简介_如何提高物理成绩凝聚态物理一般指凝聚态物理学，凝聚态物理学是研究凝聚态物质的物理性质与微观结构以及它们之间的关系。
这次小编给大家整理了凝聚态物理简介，供大家阅读参考。
凝聚态物理资料一方面，凝聚态物学是固体物理学的向外延拓，使研究对象除固体物质以外，还包括许多液态物质，诸如液氦、熔盐、液态金属，以及液晶、乳胶与聚合物等，甚至某些特殊的气态物质，如经玻色-爱因斯坦凝聚的玻色气体和量子简并的费米气体。
另一方面，它也引入了新的概念体系，既有利于处理传统固体物理遗留的许多疑难问题，也便于推广应用到一些比常规固体更加复杂的物质。
从历史来看，固体物理学创建于20世纪的30—40年代，而凝聚态物理学这一名称最早出现于70年代，到了80—90年代，它逐渐取代了固体物理学作为学科名称，或者将固体物理学理解为凝聚态物理学的同义词。
凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。
其研究层次，从宏观、介观到微观，进一步从微观层次统一认识各种凝聚态物理现象；物质维数从三维到低维和分数维；结构从周期到非周期和准周期，完整到不完整和近完整；外界环境从常规条件到极端条件和多种极端条件交叉作用，等等，形成了比固体物理学更深刻更普遍的理论体系。
经过半个世纪多的发展，凝聚态物理学已成为物理学中最重要、最丰富和最活跃的学科，在诸如半导体、磁学、超导体等许多学科领域中的重大成就已在当代高新科学技术领域中起关键性作用，为发展新材料、新器件和新工艺提供了科学基础。
前沿研究热点层出不穷，新兴交叉分支学科不断出现是凝聚态物理学的一个重要特点；与生产实践密切联系是它的另一重要特点，许多研究课题经常同时兼有基础研究和开发应用研究的性质，研究成果可望迅速转化为生产力。
凝聚态物理学的基本任务在于阐明微观结构与物性的关系，因而判断构成凝聚态物质的某些类型微观粒子的集体是否呈现量子特征（波粒二象性）是至关紧要的。
电子质量小，常温下明显地呈现量子特征；离子或原子则由于质量较重，只有低温下（约4K）的液氦或极低温下（μK至nK）的碱金属稀薄气体，原子的量子特征才突出地表现出来。
蒋建生-氦-3超流
超流研究的历史回顾蒋建生1，2 戴闻3（1 闽江职业大学 福州 350002）（2 北京大学物理系 北京 100871）（3 中国科学院理化技术研究所 北京 100080）摘 要 回顾了超流发现的历史。
介绍了超流的一些现象、理论以及新近的研究结果。
强调指出超流与超导一样是一种宏观量子现象。
关键词 超流动性，低温，超流4 He ，超流3 He1908年7月10日，H.K. Onnes (1853-1926)终于将最后一个“永久气体”— 氦液化了，在一个大气压下其沸点是4.2K 。
通过抽真空降低液He 的蒸汽压，还可以获得更低的温度，从而为超导与超流的研究提供了条件。
三年之后，即1911年，汞电阻在4.15K 消失的现象在Onnes 研究小组被发现。
1913年3月，Onnes 将此现象命名为“超导”。
同年12月，Onnes 获诺贝尔物理奖。
而低温领域的另一奇特现象— 超流，则迟至1938年才登场亮相[1，2] 。
1 4He 超流的发现从1910年起，Onnes 所领导的莱顿实验室，为了观察到液He 的凝固，曾使用越来越大的真空泵对液He 实施减压降温；同时对液He 性质进行了一系列测试。
他们发现，在2.2K 附近液4He 密度达到最大值。
对此，他们感到困惑不解。
第一次世界大战中断了液He 的实验研究。
1922年和1923年间，Onnes 等人又重新研究这一现象。
Dana 和Onnes 测量了液He 的蒸发潜热和比热，指出其潜热作为温度的函数在2.2K 附近是不连续的; 其比热曲线在相应温度有一突变，形状与希腊字母λ相似。
这意味着相变的发生，相变点的温度被称为λ点，记为T λ（～2.17K ）。
随后，人们 把T λ以上的液氦相称为HeI 相，T λ以下的相称为He Ⅱ相。
同时，莱顿实验室的研究人员也认识到，在饱和状态下，液He 不可能通过减压降温凝成固体。
1926年Onnes 逝世以后，他的接班人W. H .Keesom 在28大气压和1.5K 条件下，获得了固态He 。
当液氦(指 4He)的温度降到 217K时,液氦从原来的正常流体突然
超流现象当液氦（指4He）的温度降到2.17K时，液氦从原来的正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”，这就是超流现象(Superfluidity)。
氦是目前人们知道的惟一即使在绝对零度也不能被冻结成固体的物质。
在极低温度下，液态氦的粘性会消失，它在任何东西上流动都没有阻力，甚至可以垂直的爬上容器的壁，其传热系数比铜还好。
科学家把这种没有阻力的流动叫作超流。
超流现象早就被发现了，但直到20世纪70年代，英国科学家安东尼·莱格特才发现，氦的同位素氦-3的原子对与超导体中金属的电子对结构相似。
他的理论才从根本上解释了氦原子是如何互动的和如何进入超流这种有序状态的。
超流现象是一种宏观范围内的量子效应。
由于玻色—爱因斯坦凝聚，氦原子形成一个“抱团很紧”的集体。
超流正是这种“抱团”现象的具体表现。
玻色子体系不受泡利原理的限制，而且，由于粒子总是自发地向低能级跃迁，玻色子有向基态能级凝聚的倾向，这是产生超流现象的基本原因。
意义自卡末林·昂尼斯实现氦的液化后，对物质在低温下的物理性质的研究逐步深入，相继发现了低温下的超导电性和超流现象。
30年代，实验发现，当液氦（指4He）的温度降到2.17K 时，液氦从原来的正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”，这就是超流现象。
在2.17K以下，超流的液氦具有以下性质：首先，液氦能沿极细的毛细管（管径约0.1微米）流体而几乎不呈现任何粘滞性。
这一现象最先由卡皮查于1937年观察到，称为超流性。
其次，如果用一细丝悬挂一薄盘浸于液氦中，让圆盘作扭转振动，则盘的运动将受到阻力。
第三，当液氦由容器A中通过多孔塞（或极细的毛细管）流出时，A内的液氦的温度升高。
这一现象好如机械致热效应。
其逆过程称为热机械效应，即：当升高A内的温度时，其中液氦的液面将上升，若A本身是一毛细管，则将观察到液氦从上口喷出，故也称喷泉效应。
另外，液氦还具有极好的导热性，热导率为室温下铜的800倍。
油气田科学进展答案123(中国石油大学北京)
1、各向异性油藏特点？注水开发时如何设计调整？渗透率具有方向性的油藏叫做各向异性油藏。
各向异性油藏有两大类。
一类是裂缝作用造成的,称为裂缝各向异性油藏；另一类是沉积作用形成的,称为沉积各向异性油藏。
渗流特征对比：(1) 各向同性油藏中，渗流速度的大小和方向分别由位势(压力)梯度的大小和方向决定，渗流速度的方向恒与位势(压力)梯度的方向平行，渗流速度的大小与位势(压力)梯度的方向无关。
(2) 各向异性油藏中，渗流速度的大小和方向由位势梯度的大小和方向共同决定，无论位势梯度的大小还是方向发生变化，渗流速度的大小都会改变，两者方向一般情况下不平行；当且仅当位势梯度方向在渗透率主轴上时，渗流速度的方向和位势梯度方向平行。
由于各向异性渗透率对井网具有破坏与重组作用，会明显改变原来的井网形式，所以当井网中同一注采单元内任意两口井的连线与各向异性渗透率主方向平行，各向异性油藏变换为等价各向同性油藏时，井网注采单元不会被破坏，只是形状发生变化。
一般情况下，各向异性油藏布井方法如下：1．井排方向与渗透率主方向平行或垂直。
井排方向指同一注采单元内任意两井连线；渗透率主方向指裂缝方向或沉积过程中的古水流方向。
2．各向异性油藏井网设计的计算公式为：y x y x K K K K K d d K K a a ='='=,/,/其中，a 和d 分别为各向异性油藏设计井网的井距和排距，a ’和d ’分别为等价各向同性油藏井网的井距和排距，Kx 和Ky 分别是各向异性渗透率的最大和最小主值。
各向异性油藏在各方向的总体导流能力等价于渗透率为y x K K K =的各向同性油藏。
各向异性油藏井网的开发效果可以用等价各向同性油藏井网来表示，而各向同性油藏井网设计及其开发效果分析技术早已成熟。
2、各向异性油藏水平井特点及设计方法？水平井渗流特征：(1)随水平井长度增加，单井产能增大；但当水平井长度超过井距之半时，产能增势变小。
中国科学技术大学校出版社优秀图书
低温物理学（第 2 版）
陈宏芳 汪晓莲 （理学院） 粒子探测技术
本书为庆祝中国科学技术大学五十周年校庆而出版的精品教材。全书分为神经信 号的产生和传递、神经系统的发育、感觉神经和运动系统、脑的高级功能和行为 四大部分，还增加了神经生物学研究技术与方法一章。本书从分子和细胞水平到 认知神经科学和行为，比较系统地介绍了神经生物学的基本内容及最新进展，并 着重介绍了一些新的研究技术和方法。 本书内容丰富，重点突出。可供高等院校神经生物学和生物物理专业本科生或研 究生教材，也可供生物学、医学和药学专业学生或临床医生参考。 本书从细胞水平，系统和行为水平介绍了脑科学的基本内容、最新进展以及学术 上相关争辩和分歧。本书包括了脑科学研究的基本内容和方法,脑功能系统解剖 结构原则,脑内信息流的原则，神经元，膜电位,突触原理,脑发育原理,脑的高级 功能,脑学习和记忆功能，脑实质病变,精神疾病和脑弥散性调制系统等十一个章 节。本书试图给读者提供比较完整的有关脑和神经系统是如何工作的知识。 基于大学普通物理的概念和知识，系统介绍宇宙各主要层次的结构特征和形成演 化的物理过程，例如恒星（包括太阳系）、致密星（白矮星、脉冲星和中子星、 黑洞）、星系（包括活动星系核）和星系团等，以及现代宇宙学有关宇宙结构和 演化的最新研究成果。取材精选，深入浅出，突出基本物理概念和物理图像，尽 可能避免繁琐的数学推导，并努力做到图文并茂，使本教材不仅适于天体物理专 业学生的基础课教学，而且适用于作为其他对天体物理感兴趣的物理类专业甚至 非物理专业（只要求有普通物理的基础即可）学生的选修课或自学教材。 本书着重于超导电性的基本原理、概念。对超导宏观理论作了详细的阐述、讨论 和比较；对超导微观理论建立的实验基础、形成超导的机制、物理现象也作了系 统介绍；对超导隧道效应的各种重要实验现象、理论处理给出了仔细的描述。高 温超导体的发现迄今已二十多年，虽然高温超导电性机制尚不清楚，但大量的实 验结果已肯定了许多与常规超导体不同的现象，本书中也给出了介绍。本书可供 大学低温、超导专业学生，研究生作为教材，也可供从事超导研究的科学工作者 参考。 本书是在中国科学技术大学和北京大学研究生课程的讲义基础上撰写的．全书覆 盖了低温物理研究的主要领域，共分 3 篇，12 章．第 1 篇（1～4）章讲述液体 4He 和液体 3He 超流相物理及量子固体（主要是固体 4He 和固体 3He）中的量子 现象；第二篇（5～8 章）为介观物理，包括无序体系中的电子，扩散区物理， 弹道输运以及单电子现象；第 3 篇（9～12 章）介绍低温下固体物理的几个重要 研究领域，包括自旋玻璃、重费米子体系和核磁有序以及低温比热． 本书可作为低温物理的研究生和高等学校物理系高年级学生的教学参考书，也可 供从事低温物理、凝聚态物理的科研人员参考． 本书是物理类本科生专业基础选修课及核与粒子物理学科研究生学位课程的教 材，主要介绍微观粒子和辐射与物质相互作用的物理机制，粒子和辐射的探测原 理，主要类型粒子探测器的工作原理、构造、性能和应用，并在附录中介绍了辐 射和辐射防护的基本知识及常用放射性核素的特性。
天然气中~4he丰度分析及应用
天然气中~4he丰度分析及应用
天然气，一种含氢较高，体积小，能量较高的可再生能源，是当今世界能源结
构最为重要的部分。
它的来源多样，包括油气田气、地下湖气、坑道气等等，拥有多样的化学组成，且含气量不一，由此衍生出许多气态组分。
丰度分析，也就是指常见气态组分的含量分析，是了解天然气性质、判断品质及估算产出量等过程中不可或缺的一部分。
4 He，即氦，是地壳中最常见的天然气分子之一，其丰度常常用来作为地球
深层地质演化的经典标志物。
由于氦的稳定的物理和化学性质，以及非常低的成像活性，它是固结态气体定性定量分析的重要组分，也是进行深部地质研究的主要指标。
因此，4 He的丰度分析十分重要。
4 He的丰度分析主要采用多普勒探测仪理论，利用4 He原子内部的内部激
发状态与激发后释放能量，再经过检测仪检测这些信息，最后算出其稳定态的能级结构以及其相应的丰度，并用具体的数字体现出来。
4 He在天然气中的丰度分析，应用也非常广泛。
一方面，氦分子在天然气中
的丰度可以协助判断天然气的丰度型，进而判断该地区的地质特征，便于后续开采事宜的安排。
另一方面，由于地下的地质变形，天然气的丰度可以帮助评价这种变形的起源和发展程度，提供可靠的地质建设依据，也能够有助于探测效率的提高。
在任何时代，储量和质量的评估都不可或缺，4 He的丰度分析为此提供了可
靠的技术和数据信息基础，是深入研究天然气无可借鉴之处。
总而言之，4 He的
丰度分析在天然气勘探开发、地质研究以及资源估算等领域都有着不可替代的作用。
液氦
液氦液氦在极低温度下气态氦转变为液态氦。
由于氦原子间的相互作用（范德华力）和原子质量都很小，很难液化，更难凝固。
富同位素4He的气液相变曲线的临界温度和临界压强分别为5.20K和2.26大气压，一个大气压下的温度为4.215K.在常压下，温度从临界温度下降至绝对零度时，氦始终保持为液态，不会凝固，只有在大于25大气压时才出现固态。
氦有两种天然同位素：氦3、氦4，自然界中存在的氦基本上全是氦4。
普通液氦是一种很易流动的无色液体，其表面张力极小，折射率和气体差不多，因而不易看到它。
液态4He包括性质不同的两个相，分别称为HeⅠ和HeⅡ，在两个相之间的转变温度处，液氦的密度、电容率和比热容均呈现反常的增大。
两个液相HeⅠ和HeⅡ间的转变温度称为λ点，饱和蒸气压下的λ点为2.172K，压强增加时，λ点移向较低的温度，两个液相的相变曲线为一直线，称为λ线。
超流体液氦具有一系列引人注目的特点，主要表现在以下几方面。
超流动性普通液体的粘滞度随温度的下降而增高，与此不同，HeⅠ的粘滞度在温度下降到2.6K左右时，几乎与温度无关，其数值约为3×10-6帕秒，比普通液体的粘滞度小得多。
在2.6K以下，HeⅠ的粘滞度随温度的降低而迅速下降。
HeⅡ的粘滞度在λ点以下的温度时立刻降至非常小的值（<10-12帕秒），这种几乎没有粘滞性的特性称为超流动性。
用粗细不同的毛细管做实验时，发现流管愈细，超流动性就愈明显，在直径小于10-5厘米的流管中，流速与压强差和流管长度几乎无关，而仅取决于温度，流动时不损耗动能。
氦膜任何与HeⅡ接触的器壁上覆盖一层液膜，液膜中只包含无粘滞性的超流体成分，称为氦膜。
氦膜的存在使液氦能沿器壁向尽可能低的位置移动。
将空的烧杯部分地浸于HeⅡ中时，烧杯外的液氦将沿烧杯外壁爬上杯口，并进入杯内，直至杯内和杯外液面持平。
反之，将盛有液氦的烧杯提出液氦面时，杯内液氦将沿器壁不断转移到杯外并滴下。
厚靶T(d, n)4He反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布
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