Конденсация примесей в жидком и твердом гелии

Abstract

На основании анализа рентгеноструктурных и ИК-спектроскопических наблюдений показано, что при введении примесных частиц в жидкий и твердый гелий в холодной части газовой струи образуются кластеры с ярко выраженным пространственным разделением примесей c различной летучестью. В частности, при конденсации частично атомизированных двухатомных молекул атомы концентрируются с высокой плотностью вблизи и на поверхности кластеров. Такая сегрегация сохраняется и в конденсате, представляющем собой в жидком гелии слипшиеся в пористую структуру кластеры; в твердом гелии кластеры изолированы друг от друга. Наличие высоких концентраций атомов в поверхностном слое, на границе с конденсированным гелием, объясняет специфическое поведение конденсата, наблюдаемое методами оптической спектроскопии, ЭПР и термометрии. Сформулирована стратегия эксперимента по обнаружению образования примесь-гелиевой твердой фазы.

На підставі аналізу рентгеноструктурних та ІЧ-спектроскопічних спостережень показано, що при введенні домішкових частинок у рідкий та твердий гелій в холодній частині газового струменя утворюються кластери з яскраво вираженим просторовим розподілом домішок з різною леткістю. Зокрема, при конденсації частково атомізованих двоатомних молекул атоми концентруються з високою щільністю поблизу і на поверхні кластерів. Така сегрегація збер ігається й у конденсаті, який являє собою в рідкому гелії злиплі в пористу структуру кластери; у твердому гелії кластери ізольовані один від одного. Наявність високих концентрацій атомів в поверхневому шарі, на межі з конденсованим гелієм, пояснює специфічну поведінку конденсату, що спостерігається методами оптичної спектроскопії, ЕПР та термометрії. Сформульовано стратегію експерименту по виявленню утворення домішка-гелійової твердої фази.

The x-ray diffraction and IR spectroscopy data show that the impurities of different volatility become distinctly separated in space in the small clusters formed in the cold part of the gas jet when guest particles are introduced into liquid and solid helium. In particular, on condensation of partially dissociated diatomic molecules the atoms concentrate mainly near and on the cluster surface. Such segregation persists in the condensate which appears as a porous structure consisting of clusters coagulated in liquid helium; in solid helium the clusters are isolated from each other. The high local atomic density in the surface layer, bordering on the condensed helium, explains numerous features in the condensate behavior observed earlier by methods of optical and ESR spectroscopy and thermometry. The strategy of the experiment aimed at the detection of the solid impurity-helium phase has been formulated.