क्रायोजेनिक सिस्टम सुपरकंडक्टिंग क्वैब के लिए उपयुक्त हैं?

Question

क्या एक कमजोर रेफ्रिजरेटर सुपरकंडक्टिंग को शांत करने का एकमात्र तरीका है जो कि 10 मिलिकेल्विन से नीचे है? यदि नहीं, तो अन्य तरीके क्या हैं, और कमजोर पड़ने से प्राथमिक विधि का प्रशीतन क्यों होता है?

Answer 1

क्या एक कमजोर रेफ्रिजरेटर सुपरकंडक्टिंग को शांत करने का एकमात्र तरीका है जो कि 10 मिलिकेल्विन से नीचे है?

एक अन्य प्रकार का रेफ्रिजरेटर है जो 10 mK तक प्राप्त कर सकता है: एडियाबेटिक डिमैनेटाइजेशन रेफ्रिजरेटर (ADR)। $^{[a]}$

कमजोर पड़ने से प्राथमिक विधि का प्रशीतन क्यों होता है?

यह समझने के लिए, आइए एडीआर की मुख्य सीमाओं में से एक के बारे में बात करें।

एडीआर कैसे काम करता है

एक एडीआर आमतौर पर हीलियम कंप्रेसर के साथ लगभग 3K हो जाता है। वह कंप्रेसर हर समय चल सकता है, इसलिए रेफ्रिजरेटर अनिश्चित काल तक 3K पर बैठ सकता है। एमके तापमान में गिरावट के लिए, एडीआर इस तरह काम करता है:

1. परमाणु स्पिन के साथ एक ठोस आसपास के चुंबकीय क्षेत्र को उठाएं। यह स्पिन को संरेखित करता है।
2. धीरे-धीरे खेत को बंद करें। यह Spins को अपनी दिशा को यादृच्छिक बनाने की अनुमति देता है, जो परिवेश से एन्ट्रापी को अवशोषित करता है और तापमान को कम करता है।
3. एक बार जब क्षेत्र शून्य पर वापस आ जाता है, तो हमने उन्हें एमके तापमान पर लाने के लिए परिवेश से पर्याप्त गर्मी चूसा है।

एडीआर की सीमाएं

यह सब बहुत अच्छा है और यह वास्तव में काम करता है, लेकिन यह एक "एक-शॉट" प्रक्रिया है। एक बार जब क्षेत्र शून्य पर आ जाता है, तो आप किसी भी निचले स्तर पर नहीं जा सकते। परिवेश से गर्मी, जैसे कि कमरे का तापमान रेफ्रिजरेटर के बाहरी हिस्से, उस हिस्से में रिसाव गर्मी, जिसे आप ठंडा रखने की कोशिश कर रहे हैं, और चूंकि हमने पहले से ही चुंबकीय क्षेत्र को शून्य से कम कर दिया है, इसलिए हम हटाने के लिए कुछ भी नहीं कर सकते हैं वो गर्मी। इसलिए, एडीआर को ठंडा करने के बाद, यह गर्म होना शुरू हो जाता है (उम्मीद है कि धीरे-धीरे आपके प्रयोग को चलाने के लिए पर्याप्त है)।

यह ADR के लिए विशिष्ट है कि शायद बारह घंटे के लिए 100mK से नीचे रहे, हालाँकि यह संख्या इस बात पर निर्भर करती है कि आपके पास ADR के ठंडे भाग में कितने तार हैं। तापमान जो आप चाहते हैं उससे ऊपर उठने के बाद, आपको चुंबकीय क्षेत्र को फिर से उठाना होगा और धीरे-धीरे इसे फिर से ठंडा करने के लिए कम करना होगा। क्षेत्र को ऊपर उठाना और कम करना रेफ्रिजरेटर को गर्म करता है, और यह बड़ा चुंबकीय क्षेत्र अक्सर अतिचालक चालन प्रयोगों के साथ असंगत होता है, इसलिए जब आप प्रक्रिया के उस चरण में होते हैं तो आप प्रयोगों को नहीं चला सकते हैं।

एडीआर बनाम कमजोर पड़ने वाला रेफ्रिजरेटर

दूसरी ओर, कमजोर पड़ने वाला रेफ्रिजरेटर, लगातार चलता रहता है, इसलिए आपके पास तब तक है जब तक आपको अपना प्रयोग चलाने की आवश्यकता होती है। यह एक बहुत बड़ा कारण है कि वे आम उपयोग में हैं। ध्यान दें, हालांकि, ADR से अलग अन्य रेफ्रिजरेटर का उपयोग कई सुपरकंडक्टिंग क्वाइब लैब में उन कार्यों के लिए किया जाता है जहां कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर के लाभों की आवश्यकता नहीं होती है और ADR का कम ठंडा समय ठीक है। उदाहरण के लिए, ADR सुपरकंडक्टिंग रेज़ोनेटर के साथ प्रयोगों के लिए आम हैं, जिनका उपयोग उन सामग्रियों की गुणवत्ता का परीक्षण करने के लिए किया जाता है जिन्हें बाद में एक qubit के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

$[a]$ : बेहतर लिंक न मिलने के लिए क्षमा याचना। उस पर संपादन स्वागत योग्य है।

Comments

में इस छवि , ऐसा लगता है बहुत ही उच्च वर्तमान तारों जो केवल मतलब होता अगर विद्युत शामिल थे देखते हैं कि; क्या इसका मतलब यह होगा कि आईबीएम एडीआर का उपयोग कर रहा है (कम से कम उस लेख के लिखने के समय जो मुझे तस्वीर में मिला था)?

— हीथ

@ यह मेरे लिए एक कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर जैसा दिखता है। उन विशाल तांबे ब्रैड्स किसी प्रकार के यांत्रिक आइसोलेटर हैं। मुझे लगता है कि वे सभी एक ही वोल्टेज पर cryostat के चेसिस रखने के लिए तांबे हैं और जमीन की धाराओं से बचते हैं। केंद्र में देखने में फिसलनदार घुमावदार तार वास्तव में हीलियम -4 और हीलियम -3 के मिश्रण से भरा एक पाइप है। केंद्र पाइप जिसके चारों ओर यह लिपटा हुआ है, एक कंप्रेसर का ठंडा हिस्सा है जो ~ 3 केल्विन को जाता है। पतले पाइप को हीलियम मिश्रण को पूर्व-ठंडा करने के लिए चारों ओर लपेटा जाता है क्योंकि यह मिश्रण कक्ष की ओर जाता है जहां यह 10 mK हो जाता है।

— डेनियलस्क

@ हीदर यह कूपर ग्राउंडिंग के लिए नहीं है, बल्कि पल्ससेट्यूब कूलर के ठंडे सिर के बीच हीटलिंक के लिए है, जो दो बाहरी ढालों को 4k और 1K को सम्मानजनक रूप से ठंडा करता है। क्यूपर एक बहुत अच्छा हीट कंडक्टर है, फ्लेक्सिबिलिटी स्पंदन-पल्स-ट्यूब के कंपन से मैकेनिकल डिकॉउलिंग के लिए है।

— जोहू