Osnabrück 2002 – wissenschaftliches Programm

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A: Atomphysik

A 3: Experimentelle Verfahren

A 3.2: Vortrag

Dienstag, 5. März 2002, 14:30–14:45, HS 15/E10

Düsenstrahlen mit superflüssigem Helium — •Robert E. Grisenti und J. Peter Toennies — Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, Bunsenstr. 10, D-37073 Göttingen

Ein flüssiger Helium Strahl wurde erzeugt durch Expansion durch Düsen mit verschiedenen Durchmessern (d₀=0.1−5 µm) und Quellendrücken P₀≥ 1 bar in einem Badcryostat bei Temperaturen von 1.7 bis 4.2 K. Die mittlere Strahlgeschwindigkeit sinkt langsam bei sinkender Temperatur von 4.2 K bis zu dem “Lambda-Punkt”, T_λ ≃ 2.17 K. Dort fällt die Geschwindigkeit schlagartig von ∼ 300 m/sec auf einen konstanten Wert von etwa 30−60 m/sec, je nach Düsentyp und Quellendruck. Die Druckabhängigkeit der Strahlgeschwindigkeit unter dem Lambda-Punkt gehorcht der Bernoulli-Gleichung für Drücke bis 10 bar. Bei Unterschreitung des Lambda-Punkts steigt der Fluss um einen Faktor 10 an und gleichzeitig reduziert sich die Strahldivergenz von einer cos²ϑ Verteilung auf eine Halbwertsbreite von ∼ 1−20 mrad je nach Düsengeometrie. Bei Quellenbedingungen entsprechend der superflüssigen Phase wurde eine mittlere Geschwindigkeit von ≃ 30 m/s gemessen, was deutlich unter der kritischen Landau-Geschwindigkeit liegt. Dies ist der langsamste He-Strahl der je gemessen wurde.