3He-4He稀釋制冷：一個(gè)革命性的冷卻原理

氦原子核通常有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，它也有一種同位素。原子核中有兩個(gè)質(zhì)子，但只有一

個(gè)中子。前者稱為氦-4（4He）。在沒(méi)有特別聲明的情況下，氦是指氦-4，后者稱為氦-3（3He）

。這兩種同位素的性質(zhì)非常不同。3He非常罕見(jiàn)。自然界中每1000萬(wàn)個(gè)氦原子中只有一個(gè)較輕的

3He原子。也許正是因?yàn)檫@個(gè)原因，科學(xué)家們多年來(lái)找不到足夠的3He來(lái)研究它的性質(zhì)。然而，

核工業(yè)的副產(chǎn)品之一是3He。近年來(lái)，一些天然氣富含氦，其中3He含量也很高，為3He的研究

和應(yīng)用提供了條件。1969年，阿波羅登月船發(fā)現(xiàn)月球上有3He，后來(lái)確定月球月球土壤中3He的

儲(chǔ)量達(dá)到100萬(wàn)噸。如果未來(lái)能開(kāi)發(fā)出月球資源，3He作為一種清潔的核能源具有巨大的應(yīng)用前景。

20世紀(jì)30年代末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了液氦的一個(gè)奇怪特性。在特定溫度下，液氦的粘度完全消失，

然后表現(xiàn)出超流動(dòng)性。當(dāng)溫度降至2.17K時(shí)，液氦發(fā)生相變，低于此溫度的液氦呈超流相。3He超

流相在20世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)，但其相變溫度遠(yuǎn)低于4He，約為前者的0.1%。只有在0.0026K以下，

3He才能轉(zhuǎn)化為超流態(tài)。