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テクノロジー

従来の磁気冷却装置を代替可能な極低温冷却材「イッテルビウム磁性体」 21

ストーリー by nagazou
イケテルビウム 部門より
日本原子力研究開発機構(JAEA)は4月12日、「イッテルビウム磁性体」が微小磁石の集合体である磁性体を用いる冷却法「磁気冷却法」に適しているとする発表を行った。発表によれば、一般的な磁性体を用いた場合、温度が下がると微小磁石が整列して動かなくなることから、熱を吸収しきれなくなる欠陥があったという(JAEACommunications MaterialsTECH+)。

一方でイッテルビウム磁性体では、絶対零度においても量子効果によって、微小磁石が整列しないことから、先の欠点を克服できるとしている。実際にイッテルビウム磁性体を用いて試作した冷却装置を使った場合、市販磁気冷却装置より大幅に低い冷却温度に到達することができたとしている。

現在主流となっているヘリウム冷凍機では希少なヘリウム3ガスを必要としているが、原子炉などでしか生産できないなど供給が不安定な点が心配されていた。イッテルビウム磁性体を用いた磁気冷却法を使用すれば、現在主流の冷凍機を代替可能であり、量子コンピュータなどにも利用できるとしている。

あるAnonymous Coward 曰く、

ただでさえ希少なヘリウムの中でも特に希少で供給が不安定な「ヘリウム3」を使わずに済むのは良いが、イッテルビウムは希土類元素の一で希少で供給が不安定な点では同じ。

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  • 通常
    1. 常圧の4Heは4.2Kです、減圧するとλ点の2.1Kぐらいまで下げることができます
    2. 4Heの冷却器を使って、3Heなら1.3Kぐらいまで下げることができます
    3. 常圧の4Heから希釈冷凍機を使って0.3K (300mK)ぐらいまで下げることができます
    4. これ以上低い温度はCuの核断熱消磁(300mKまで冷やしたCuに超伝導マグネットで一方向に磁性を与えたのちに、断熱状態で磁性を切るとランダムな磁性になりエントロピーが上昇するので、温度が下がる)で下げます

    この記事はイッテルビウムならCuよりも下がる、と言いたいのですかね?

    • すみません、自己レスですが、どうも連続的に核断熱消磁ができるのがポイントのようですね。
      Cuの核断熱消磁は参照にある通り、冷却サイクル一回こっきりですから。

      親コメント
    • 論文をざっと見ました。以下の手順でした。

      1. PPMSを使って磁場は5T、常温から2Kまで下げる。PPMSでは3Heを使用していない。明記は無いがおそらく4Heと希釈冷凍機の組み合わせ。
      2. 0.15 T/minの速度で磁場を除去する。

      結果:瞬間的に40mK以下となり、その後50分ほどかけて2Kへと戻った。

      このように、磁場の除去は1回だけでした。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      基本的なところが間違っている。

      3He減圧で300mKくらいまで冷却できる
      市販の希釈冷凍機で普通に数十mKくらいはいける(ただしこれも3Heを使う)

      • by Anonymous Coward

        もうひとつ間違い
        核断熱消磁ではない
        常磁性スピンの断熱消磁

  • by Anonymous Coward on 2021年04月16日 18時43分 (#4014840)

    やべぇなんか番組できそう!

    • by Anonymous Coward

      この世の果てまで逝ってるビーム!!

      • by Anonymous Coward

        漫画界の涯にはきちゃってるかも?
        読もう!コミックビーム!

  • by Anonymous Coward on 2021年04月16日 19時08分 (#4014859)

    イッテルビウムは霧散しない
    ヘリウムは、無くなる(地球から逃げてく)

    • by Anonymous Coward

      ヘリウムは原子核の崩壊により自然に生成してますね。

      • by Anonymous Coward

        He3の出でくる崩壊なんてあんのか
        アルファ崩壊っていうんかなそれも

        • by Anonymous Coward

          >He3の出でくる崩壊なんてあんのか
          トリチウムがβ崩壊してHe3になる

          • by Anonymous Coward

            タレコミにも原子炉などでしか生産できないときっちり書かれてるな

    • by Anonymous Coward

      He4はともかく、He3はさすがにどんな機器でも回収・再利用する設計になってると思いますが、どうしても漏れは発生しますからね。

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