Исследование разрушения примесь-гелиевой твердой фазы

Abstract

Исследован элементный состав примесь-гелиевой твердой фазы (ПГТФ), полученной введением в Не II газовой струи, содержащей атомы Ne, Аг, Кг, Хе и молекулы N₂. Измеренные значения стехиометрических отношений 5 = N(H)/N(Im) существенно превышают значения, следующие из модели смерзшихся однослойных кластеров. Теоретическая возможность смерзания двухслойных кластеров обоснована в рамках континуальной модели гелиевой подсистемы ПГТФ, заполняющей пространство между жесткими примесными центрами. Исследованы закономерности процесса разрушения «сухих» (вынутых из жидкого гелия) образцов в интервале температур 1,5-12 К и давлений 10-500 торр. Обнаружены две стадии разрушения образцов: медленная, характеризующаяся охлаждением, и быстрая с выделением тепла. Это позволило сделать вывод о наличии в ПГТФ двух типов гелия — слабо- и сильносвязанного, которые можно отнести соответственно ко вторым и первым координационным гелиевым сферам, образующимся вокруг тяжелых примесных частиц. Установлена тенденция увеличения температурной стабильности примесь-гелиевых (ПГ) образцов при увеличении массы примесного центра. Повышение давления гелиевого газа над образцами увеличивает их стабильность. При разрушении ПГ образцов, содержащих атомы азота, в диапазоне температур 3-4,5 К обнаружена термолюминесценция, вызываемая рекомбинацией атомов. Это демонстрирует возможность осуществления широкого круга химических реакций в отвердевшем гелии

Досліджено елементний склад домішка-геліевої твердої фази (ДГТФ), яку одержано упровадженням в Не II газового струменя, який містить атоми Ne, Аг, Кг, Хе і молекули N₂ . Виміряні значення стехіометричних відношень S=N(H)/N(Im) суттєво перевищують значення, які виникають із моделі одношарових кластерів, що змерзлися. Теоретичну можливість змерзання двошарових кластерів обгрунтовано в рамках континуальної моделі гелієвої підсистеми ДГТФ, яка заповнює простір між жорсткими домішковими центрами. Досліджено закономірності процесу руйнування «сухих» (вийнятих із рідкого гелію) зразків в інтервалі температур 1,5-12 К та тиску 10-500 торр. Виявлено дві стадії руйнування зразків: повільна, яка характеризується охолодженням, та швидка з виділенням тепла. Це дозволило зробити висновок про наявність у ДГТФ двох типів гелію — слабко- та сильнозв’язаного, котрі можна віднести відповідно до другої та першої координаційних гелієвих сфер, які утворюються навколо важких домішкових частинок. Встановлено тенденцію збільшення температурної стабільності домішка-гелієвих (ДГ) зразків при збільшенні маси домішкового центра. Підвищення тиску гелієвого газа над зразками збільшує їх стабільність. При руйнуванні ДГ зразків, які утримують атоми азота, в діапазоні температур 3-4,5 К виявлено термолюмінесценцію, яка викликається рекомбінацією атомів. Це демонструє можливість здійснення широкого кола хімічних реакцій у затверділому гелію.

The elemental composition of the impurity–helium solid phase (IHSP) grown by injecting of a gas jet containing Ne, Ar, Kr, and Xe atoms and N₂ molecules into superfluid HeII is studied. The measured stoichiometric ratios S= N(H)/N(Im) are much larger than the values predicted by the model of frozen together monolayer helium clusters. The theoretical possibility of freezing together of two-layered clusters is justified in the continual model of the helium subsystem of IHSP which fills the space between rigid impurity centers. Regularities of decomposition of “dry” samples (extracted from liquid helium) are analyzed in the temperature range 1.5–12 K under pressures from 10 to 500 torr. Two stages of sample decomposition are discovered: a slow stage accompanied by cooling and a rapid stage accompanied by heat release. These results suggest the presence of two types of helium in IHSP, viz., weakly bound and strongly bound helium which can be attributed respectively to the second and first coordination spheres of helium formed around heavy impurity particles. A tendency to elevation of the thermal stability of impurity–helium (IH) samples upon an increase in the mass of impurity center has been observed. An increase in the helium vapor pressure above the samples also increases their stability. It is found that the decomposition of IH samples containing nitrogen atoms in the temperature range 3–4.5 K is accompanied with luminescence induced by recombination of atoms. This indicates the possibility of a wide range of chemical reactions in solidified helium.