绝热去磁制冷

绝热去磁制冷

DIXE的探测器需要稳定地工作在100 mK以下的极低温环境中,在空间中实现这样的温度殊为不易。一台两级绝热去磁制冷机负责将探测器温度从4 K降至TES微量能器的工作温度,并以优于1 uK的波动维持9小时左右;单级绝热去磁制冷机的工作原理如下:初始时,系统处于零磁场高温度状态,热开关导通,顺磁盐与前级制冷处于热平衡状态,盐内磁矩杂乱排布,磁熵较高;增加磁场(充磁/励磁),磁矩在外部磁场的作用下趋于整齐排列,磁熵降低,同时释放大量磁化热,导致盐内温度升高,一段时间后,前级制冷将释放的磁化热带走,顺磁盐温度恢复至充磁前的温度;断开热开关,使顺磁盐处于近似绝热状态,缓慢降低磁场(去磁/退磁),磁矩重新趋于杂乱排布,并从晶格振动中吸收热量,顺磁盐温度降低,这一过程为绝热去磁;去磁至目标温度附近,调整去磁速率,使顺磁盐温度维持在目标温度,这一过程为等温去磁,此时探测器进行工作。由于不存在理想绝热,微小的热载会不断消耗磁场,磁场降至零时,温度无法继续维持,系统重新充磁,进入下一循环。两级及多级构造有利于降低热载,延长维持时间。该部分由清华大学天文系低温探测器实验室负责研制。

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