He-3的一同性質引起低溫物理和低溫工程領域研究者的極大喜歡，其間最令人注目的是He-3在獲取1K以下低溫環境所扮演的絕無僅有的人物，而這個溫度區間正是基礎物理學等現代高新科學研究的重要領域。He-3具有低沸點、低密度、高比熱容、高熱導率等性質，這些性質使它成為低溫工程中極為特別的一種制冷工質，尤其是在接近絕對零度的極低溫下。
1956年，瓦爾特斯（G. K. Walters）和費爾班克斯（W. M. Fairbanks）發現，溫度在0.87K以下時，3He和4He混合液分紅兩個徹底不同的相，較輕的富3He相浮在上層，而較重的富4He相沉在底層。富3He相也稱濃縮相，在0.3K以下時幾乎是純3He。富4He相則稱為稀釋相，它含有6.4%的3He，即便接近絕對零度也仍有6.4%的3He溶解在4He中。這一特性成為可接連獲得毫開溫度的稀釋制冷機的基礎。
1962年，H．倫敦和門德爾松（KurtMendelssohn）等人再次提出稀釋制冷實用技術計劃。稀釋制冷原理與蒸騰制冷有相似之處。低溫下4He呈超流態，是慵懶液體，而3He仍為正常流體，是個活潑成分。因而，若一個容器中盛有3He-4He混合液，底層的富4He相對于上層富3He相來說，能夠認為是只起支撐或“機械真空”的效果。只需采納某種方法除掉一些富4He相中溶解的3He，底層富4He相中
3He濃度下降，必定損壞兩相間的平衡，富3He相中的3He原子將穿過分界層渙散到富4He相中去。從界面上看，這相當于3He蒸騰，只不過3He分子不是蒸騰進入氣相空間，而是“蒸騰”進入液相的超流態4He中。這個進程實際上是3He不斷被稀釋的進程，若稀釋繼續下去，液體就不斷被冷卻。因而這種制冷方法稱為稀釋制冷。
當然3He-4He稀釋制冷與3He的蒸騰制冷仍是有很大差異。前面現已說到，在蒸騰制冷進程中，跟著溫度下降，3He蒸氣壓急劇下降，終究無氣可抽而不得不終止制冷進程，這綁縛3He蒸騰制冷的極限溫度是0.25K。稀釋制冷則不同，富4He相中3He的含量不變，不論溫度多低，抽氣機總能夠堅持恒定的3He循環量，因而能夠得到比3He蒸騰制冷低得多的溫度
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