Кинетика роста и растворения включений ³He в расслоившихся твердых растворах ³He в ⁴He

Abstract

Приведены подробные результаты экспериментального исследования кинетики роста, растворения и плавления твердых включений ³He, образующихся в результате фазового расслоения твердых растворов ³He в ⁴He. Пpедложена новая методика получения высококачественных кристаллов с использованием термоциклирования твердого раствора в области расслоения, что позволило получить воспроизводимые значения постоянных времени роста и растворения включений. С помощью прецизионных измерений давления кристалла при постоянном объеме получены данные об эффективной массовой диффузии атомов ³He в кристалле. Показано, что при низких температурах квантовая диффузия сильно подавляется за счет полей напряжений, возникающих вблизи границы включений. В процессе растворения включений обнаружен аномально быстрый перенос вещества и установлен его пороговый характер. Обнаруженные эффекты могут быть качественно объяснены в рамках предложенной модели многоступенчатого растворения включений ³He. Получены также данные об изменении давления в результате плавления и кристаллизации включений ³He. Высказано предположение, что при кристаллизации часть ³He остается в жидкой фазe.

Приведено докладні результата експериментального дослідження кінетики росту, розчинення та плавлення твердих включень ³He, утворених внаслідок фазового розшарування твердих розчинів ³He в ⁴He. Запропоновано нову методику одержання високоякісних кристалів з використанням термоциклювання твердого розчину в області розшарування, що дозволило одержувати відтворені значення постійних часу росту та розчинення включень. За допомогою прецизійних вимірювань тиску кристала при постійному об’ємі одержано дані про ефективну масову дифузію атомів ³He в кристалі. Показано, що при низьких температурах квантова дифузія помітно пригнічується за рахунок полів напруг, які з’являються поблизу межі включень. В процесі розчинення включень виявлено аномально швидкий перенос речовини і встановлено його пороговий характер. Виявлені ефекти можуть бути якісно пояснені в межах запропонованої моделі багатоступеневого розчинення включень ³He. Одержано також дані про змінення тиску внаслідок плавлення та кристалізації включень ³He. Висунуто припущення, що при кристалізації частина ³He залишається у рідкій фазі.

The comprehensive experimental results on growth, dissolution, and melting kinetics of solid ³He precipitates formed due to phase separation of solid mixtures of ³He in ⁴He are given. A new method for obtaining high-quality crystals by cycling the temperature of solid mixture within the separation region was developed, permitting us to obtain reproducible values of the time constants growth and dissolution of the precipitates. The data on effective mass diffusion of the ³He atoms in the crystal was obtained by precision pressure measurements at a constant volume. The quantum diffusion was shown to be suppressed strongly at low temperatures due to elastic fields occurred near the inclusions boundary. During dissolution of the inclusions an abnormally rapid transport of substance was observed. The transport was found to be of a threshold character. The effects observed can be explained qualitatively with the multistage ³He dissolving model. The data on pressure change through melting and crystallization of the ³He inclusions were obtained. It is proposed that upon crystallizing the 3He inclusions a part of ³He remains in the liquid phase.