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3He-4He希釈冷凍法

索引 3He-4He希釈冷凍法

He濃厚相(C相)、緑色が希薄相(D相)にあたる -希釈冷凍法(-きしゃくれいとうほう、)とは、ヘリウムの二つの同位体、HeとHeをそれぞれ液化し、相を相に注ぎ希釈する際の希釈熱を利用する冷却法である。極低温領域での冷却法のひとつ。液体ヘリウムの蒸発潜熱を使った冷却では到達できない、さらに低温の冷却を行う。現在 以下の極低温を連続的に実現する唯一の方法である。 中へのの溶解度はおよそ6.6%である。極低温では、との蒸気圧は異なり、溶媒のの中から選択的にを蒸発させる事ができる。すると、中の濃度が低下するので、は引き続きを溶解させることができ、-混合液が潜熱を奪い続けて、冷却をする。蒸発させたは回収し、液化させたのち、再びに溶解させて繰り返し使うことができる。.

21 関係: 同位体希釈伊達宗行低温物理学ボース粒子ヘリウムヘリウム3ヘリウムの同位体ブルーバックスフェルミ粒子エントロピー冷却冷凍機相 (物質)講談社超流動蒸発熱蒸気圧東京大学出版会溶解度断熱消磁

同位体

同位体(どういたい、isotope;アイソトープ)とは、同一原子番号を持つものの中性子数(質量数 A - 原子番号 Z)が異なる核種の関係をいう。この場合、同位元素とも呼ばれる。歴史的な事情により核種の概念そのものとして用いられる場合も多い。 同位体は、放射能を持つ放射性同位体 (radioisotope) とそうではない安定同位体 (stable isotope) の2種類に分類される。.

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希釈

希釈(きしゃく、稀釈)とは、濃度を下げるために媒体の量を増加することである。様々なものの濃度を調節することは、極めて多くの場面で重要である。溶液の場合、溶媒を追加することで任意に希釈を行うことが出来る。 たとえば定量分析においては、濃度が高すぎる場合にその測定が不安定になる場合があり、ある程度その濃度を下げることが重要である。 微生物の培養では、希釈平板法はごくスタンダードなものと見なされており、複数の希釈率での培養が行われた上で定量化が行われる。.

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伊達宗行

伊達 宗行(だて むねゆき、1929年11月1日 - )は、日本の物理学者、大阪大学名誉教授。 宮城県仙台市出身。宮城県仙台第二高等学校、1952年東北大学理学部卒業、1955年同大学院理学研究科物理専攻中退。1961年「塩化コバルトの反強磁性共鳴吸收」で阪大理学博士。東北大学金属材料研究所、1959年大阪大学理学部助教授、教授、学部長、1993年定年退官、名誉教授。1993年日本物理学会会長、日本原子力研究所先端基礎研究センター長。 伊達氏庶流大條氏本家(明治時代に伊達に復姓)の第20代当主。.

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低温物理学

低温物理学(ていおんぶつりがく)は、絶対零度に非常に近い超低温領域における物理学の1分野である。この様な超低温では、熱的な擾乱が小さくなるために、凝縮系内の微小な相互作用や巨視的な量子効果による特異な現象が現れてくる。.

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ボース粒子

ボース粒子 (ボースりゅうし) とは、スピン角運動量の大きさが\hbarの整数倍の量子力学的粒子である。ボソンまたはボゾン (Boson) とも呼ばれ、その名称はインドの物理学者、サティエンドラ・ボース (Satyendra Nath Bose) に由来する。.

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ヘリウム

ヘリウム (新ラテン語: helium, helium )は、原子番号 2、原子量 4.00260、元素記号 He の元素である。 無色、無臭、無味、無毒(酸欠を除く)で最も軽い希ガス元素である。すべての元素の中で最も沸点が低く、加圧下でしか固体にならない。ヘリウムは不活性の単原子ガスとして存在する。また、存在量は水素に次いで宇宙で2番目に多い。ヘリウムは地球の大気の 0.0005 % を占め、鉱物やミネラルウォーターの中にも溶け込んでいる。天然ガスと共に豊富に産出し、気球や小型飛行船のとして用いられたり、液体ヘリウムを超伝導用の低温素材としたり、大深度へ潜る際の呼吸ガスとして用いられている。.

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ヘリウム3

ヘリウム3(ヘリウムさん)は、ヘリウムの同位体である。 ヘリウム3(He)の原子核は、陽子2個と中性子1個からなり、通常のヘリウム原子より軽い安定同位体である。ヘリウム3は核融合のD-D反応、陽子-陽子連鎖反応の際に発生する。また三重水素の娘核種であり、Hのベータ崩壊により生成する。.

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ヘリウムの同位体

ヘリウムの同位体(ヘリウムのどういたい)は8種類が知られているが、3Heと4Heの2種類のみが安定である。地球の大気中には、HeとHeは1対100万の割合で存在するEmsley, John.

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ブルーバックス

ブルーバックスは、講談社が刊行している新書で、自然科学全般の話題を一般読者向けに解説・啓蒙しているシリーズである。1963年に創刊され、2018年時点でシリーズの数は2000点を超える。 科学は難解である、という先入観を払拭し、多角的観点からの研究を行い、多くの人々が科学への興味と科学的な視点を培うことを目標としている。キャッチコピーは「科学をあなたのポケットに」。「マンガ パソコン通信入門」(画:永野のりこ)など漫画形式もある。 講談社ブルーバックスのホームページ上に一部の書籍の正誤表が公開されている。2013年4月18日からブルーバックスの前書きを集めて公開するサイト「前書き図書館」をオープンした。 内容に関連したデータを収録したCD-ROMがついたシリーズも一時期刊行されていた。またカバーの角を10枚切り取って講談社に郵送すると特製ブックカバーがもれなく返送されてくるサービスがあったが、現在は廃止となっている。 洋書の翻訳もある。.

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フェルミ粒子

フェルミ粒子(フェルミりゅうし)は、フェルミオン(Fermion)とも呼ばれるスピン角運動量の大きさが\hbarの半整数 (1/2, 3/2, 5/2, …) 倍の量子力学的粒子であり、その代表は電子である。その名前は、イタリア=アメリカの物理学者エンリコ・フェルミ (Enrico Fermi) に由来する。.

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エントロピー

ントロピー(entropy)は、熱力学および統計力学において定義される示量性の状態量である。熱力学において断熱条件下での不可逆性を表す指標として導入され、統計力学において系の微視的な「乱雑さ」「でたらめさ」と表現されることもある。ここでいう「でたらめ」とは、矛盾や誤りを含んでいたり、的外れであるという意味ではなく、相関がなくランダムであるという意味である。を表す物理量という意味付けがなされた。統計力学での結果から、系から得られる情報に関係があることが指摘され、情報理論にも応用されるようになった。物理学者ののようにむしろ物理学におけるエントロピーを情報理論の一応用とみなすべきだと主張する者もいる。 エントロピーはエネルギーを温度で割った次元を持ち、SIにおける単位はジュール毎ケルビン(記号: J/K)である。エントロピーと同じ次元を持つ量として熱容量がある。エントロピーはサディ・カルノーにちなんで一般に記号 を用いて表される。.

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冷却

冷却(れいきゃく)とは物体から熱を奪うことにより温度を下げ、その奪った熱を(最終的には)別の場所へと放出する過程をいう。.

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冷凍機

冷凍機(れいとうき)は、温度を氷点下まで下げるため、ヒートポンプの原理で熱を移動させる熱源設備(熱源機械)である。.

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相 (物質)

(そう、phase)とは、化学的組成及び物理的状態が一様な物質系の実体であるIUPAC GOLD phase, http://goldbook.iupac.org/P04528.html。 相とは化学組成及び物理的状態が全体的に一様な形態のものである。 気体、液体、固体は、物質の三つの形態(物質の三態)として知られているが、固体や液体には複数の違った形態をとる場合があることもまた知られている。そこで、これらを区別する別の用語が必要になる―それに相という用語が使用される。 例えば完全に溶解した食塩水はどの部分を取り出しても同一の組成、物性を示すので1つの相だけからなる。氷水はどの部分を取り出しても水分子だけからなる同一の組成を持つが、固体と液体という異なる物性を示す2つの部分があるので、その氷が一つの塊であろと、クラッシュアイスであろうと、2つの相からなる。 牛乳のようなコロイド溶液は肉眼ではどの部分も同じように見えるが、限外顕微鏡でみると乳脂肪からなる油滴の部分と水の部分に分かれているので2つの相からなる。 また、たとえば土壌は、固相、液相(水相)、気相の三相からなり、固相は土壌粒子、気相は土壌空気、水相は土壌水と呼ばれる また、大気は、そのほとんどを気相が占めるが、エアロゾル(厳密にはエアロゾル分散媒)が 清浄な空気でも8 x 10-5 m3-エアロゾル/m3-大気が存在する松田 エアロゾルの濃度,http://kccn.konan-u.ac.jp/konan/kankyo/03matsuda/030304.html。 エアロゾルは、水相と固相の二相からなるので、大気もまた、固相、気相、液相の三相により構成される。 もっとも分かりやすい相の分類は固相、液相、気相であろう。多くの純物質は温度や圧力を変化させた場合、固体、液体、気体の3つの状態をとる。これらそれぞれの状態に対応する相が固相、液相、気相である。ただし、多くの物質は複数の固相を持つ。たとえば.

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講談社

株式会社講談社(こうだんしゃ、英称:Kodansha Ltd.)は、日本の総合出版社。創業者の野間清治の一族が経営する同族企業。.

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超流動

超流動(英語:superfluidity)とは、極低温において液体ヘリウムの流動性が高まり、容器の壁面をつたって外へ溢れ出たり、原子一個が通れる程度の隙間に浸透したりする現象で、量子効果が巨視的に現れたものである。1937年、ヘリウム4が超流動性を示すことをピョートル・カピッツァが発見した。.

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蒸発熱

蒸発熱(じょうはつねつ、heat of evaporation)または気化熱(きかねつ、heat of vaporization)とは、液体を気体に変化させるために必要な熱のことである。気化熱は潜熱の一種であるので、蒸発潜熱または気化潜熱ともいう。固体を気体に変化させるために必要な熱は昇華熱(しょうかねつ、heat of sublimation)または昇華潜熱という『新物理小事典』「気化熱」。。単に気化熱というときは液体の蒸発熱を指すことが多いが、液体の蒸発熱と固体の昇華熱を合わせて気化熱ということもある。以下この項目では、便宜上、液体の気化熱を蒸発熱と呼び、液体の蒸発熱と固体の昇華熱を合わせて気化熱と呼ぶ。 固体や液体が気体に変化する現象を気化という。気化にはエネルギーが必要である。物質が気化するとき、多くの場合、気化に必要なエネルギーは熱として物質に吸収される。多くのエアコンや冷蔵庫で、この吸熱作用を利用したヒートポンプという技術が使われている。 気化に必要なエネルギーは物質により異なる。データ集などでは、物質 1 キログラム当たりの値または物質 1 モル当たりの値が気化熱として記載されている。単位はそれぞれ kJ/kg (キロジュール毎キログラム)および kJ/mol (キロジュール毎モル)である。例えば 25 ℃ における水の蒸発熱は 2442 kJ/kg であり 44.0 kJ/mol である平衡蒸気圧の下での値。特記ない限り本文中の蒸発熱は次のサイトに依る: 。気化熱の大きさは、同じ物質でも気化する状況により変わる。通常は、1 気圧における沸点での値か、25 ℃ における平衡蒸気圧での値が物質の蒸発熱としてデータ集に記載されている本文中で引用した蒸発熱の値は、とくに断らない限り、1 気圧における沸点での値である。。例えば 1 気圧、100 ℃ の水の蒸発熱は 2257 kJ/kg であり、飽和水蒸気圧(32 hPa)の下での 25 ℃ の蒸発熱 2442 kJ/kg より1割近く減少する。 気体が液体に変化するときに放出される凝縮熱(ぎょうしゅくねつ、heat of condensation)の値は、同じ温度と同じ圧力の蒸発熱の値に符号も含めて等しい。 モル当たりの蒸発熱は、液体中で分子の間に働く引力に、分子が打ち勝つためのエネルギーであると解釈される。たとえばヘリウムの蒸発熱が 0.08 kJ/mol と極端に小さいのは、ヘリウム原子の間に働くファンデルワールス力が非常に弱いためである。 それに対して、液体中の分子の間に水素結合が働いていると、水やアンモニアのように蒸発熱が大きくなる。金属のモル当たりの昇華熱は、金属結合で結ばれた 1 モルの金属結晶の塊をバラバラにして 6.02×1023 個の原子にするのに必要なエネルギーに相当する。遷移金属の昇華熱は、数百キロジュール毎モルの程度である。.

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蒸気圧

蒸気圧(じょうきあつ、)、あるいは平衡蒸気圧(へいこうじょうきあつ、)とは、液相あるいは固相にある物質と相平衡になるような、その物質の気相の圧力のことである。蒸気圧は物質に特有の物性値であり、温度に依存して決まる。 物質の沸点とは、その物質が液相にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度である。また、物質の昇華点とは、その物質が固相にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度である。さらに物質が液相と固相の平衡状態にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度は三重点と呼ばれる。 液体の物質の周囲でのその物質の蒸気の分圧が液相の蒸気圧に等しいとき、その液体は蒸気と気液平衡の状態にある。 気液平衡から温度を上げると蒸気圧が上がり、蒸気の分圧より大きくなる。蒸気を理想気体とみなせば、分圧は蒸気量に比例する。液体が蒸発することで蒸気量が増えて分圧も上がり、新たな温度での蒸気圧と等しくなることで再び気液平衡となる。逆に温度を下げると蒸気圧が下がる。このときは蒸気が液体に凝縮することで分圧が下がり、新たな温度で気液平衡となる。気相と固相の相平衡でも同様に、温度の変化に対して物質が昇華して分圧が蒸気圧と等しくなるように蒸気量が変化して平衡が保たれる。 純物質の蒸気圧はクラウジウス・クラペイロンの式によって近似される。溶液であれば蒸気圧降下が起こり、これはラウールの法則で近似される。.

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東京大学出版会

一般財団法人東京大学出版会(とうきょうだいがくしゅっぱんかい、英称:University of Tokyo Press)は、東京大学の出版部に当たる法人。東京大学総長を会長とし、東京大学の活動に対応した書籍の出版を主に行う。.

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溶解度

溶解度(ようかいど、solubility)とはある溶質が一定の量の溶媒に溶ける限界量をいう。飽和溶液の濃度である。通常、Sという記号で表される。 固体の溶解度は、一定温度で、溶媒100 gに溶ける溶質の質量や、飽和溶液100 gに溶けている溶質の質量などで表す。本来は無名数であるが、一般に等の単位を付して表す。この場合、溶媒が水ならとなる。溶解度は温度によって変化し、固体に関しては、例外もあるが、温度が上がると溶解度が上がるものが多い。 気体の溶解度は一定温度で、1 atm(1気圧)の気体が溶媒1 mlに溶ける体積を標準状態(STP)に換算して表す。この溶解度は温度によって変化する。 化学の金言として「似たものは似たものを溶かす」と言われる。これが意味するところは、極性分子は極性分子(水)に溶解し、非極性分子は非極性溶媒(例えば油)に溶解するという傾向のことである。このため溶媒同士でも水と油は溶けあわず分離し、水とエタノールではよく混和する。.

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断熱消磁

断熱消磁(だんねつしょうじ)は極低温領域での冷却法の一つ。液体ヘリウムを用いた蒸発冷却や希釈冷凍では冷やせない超低温の冷却が可能である。 零磁場下の常磁性体のスピンは任意の方向を向きその磁化は零である。強い磁場下にある常磁性体を十分冷却した後、断熱状態で磁場を下げる。この時、断熱状態であるためエントロピーは変化しないが磁化は小さくなる。磁化と温度は比例関係にあるため、磁場が下がった分、常磁性体の温度は下がる。 銅の核スピンを利用した核断熱消磁法では10T程度の磁場下で10mK程度まで冷却し、0.1mK以下の温度の生成が行われている。.

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ヘリウム希釈冷凍サイクル希釈冷凍機希釈冷凍法

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