4,2 К. Даже самые незначительные количества тепла, проникшего в сосуд, где

содержится жидкий гелий, способны вызвать его быстрое испарение, поэтому жидкий

гелий надо хранить в специальных сосудах, имеющих исключительно хорошую

теплоизоляцию.

Решать эту проблему конструкторам сверхпроводящих магнитов фактически не

пришлось. Они воспользовались плодами разработок, проведенных теми, кто

занимался вопросами освоения космоса. Успехи ученых и инженеров СССР и США,

работающих над задачей хранения ракетного топлива в сосудах-криостатах, привели

к созданию надежной конструкции и эффективного способа изоляции таких сосудов. В

них можно хранить жидкий гелий в течение нескольких месяцев.

Наиболее прогрессивным до сего времени методом охлаждения газообразного гелия

является метод получения его в жидком виде с помощью созданного академиком

П.Л.Капицей в 1934 г. поршневого детандера. Сущность этого метода заключается в

том, что газообразный гелий расширяется в специальном сосуде — детандере, толкая

при этом поршень, т. е. совершает некоторую работу, отдавая энергию. При этом

гелий охлаждается. Многократно повторяя цикл, можно в принципе добиться того,

что гелий охладится до 4,2 К и превратится в жидкость. Чаще всего, однако,

охлаждение гелия в поршневом детандере сочетается с другими способами

охлаждения, например дросселированием.

При дросселировании предварительно сжатый и охлажденный гелий пропускается через

узкую щель — дроссель, где он расширяется. Физическая сущность охлаждения при

дросселировании (эффект Джоуля — Томсона) состоит в том, что при увеличении

объема газа, происходящем при расширении в дросселе, межмолекулярные расстояния

в газе растут, при этом совершается некоторая работа против сил притяжения. Газ

теряет свою внутреннюю энергию и, следовательно, охлаждается.

Один из "классических" детандерных ожижителей гелия создан в Институте

физических проблем АН СССР. Опишем принцип его работы.

Поршневой компрессор сжимает гелий, поступающий из газгольдеров, и подает его в

ожижитель. Туда поступает около 350 м3/ч газообразного гелия, сжатого до 22…23

атм. Сначала гелий охлаждают в ванне с жидким азотом (70 К). Затем часть

охлажденного гелия поступает в поршневой детандер, где гелий расширяется,

заставляя двигаться поршень, причем температура гелия в это время падает до

11…12 К. Холодный гелий используется теперь для охлаждения новых порций гелия.

Другая часть газообразного охлажденного гелия поступает в так называемую

дроссельную ступень, где газ заставляют пройти через дроссель. При этом уже

основательно охлажденный газ еще больше охлаждается, частично превращаясь в

жидкость (сжижается примерно около 10 % первоначально имевшегося количества

гелия).

Производительность аппарата 45 л/ч, расход электроэнергии 2,5 кВт·ч/л

жидкого гелия. Такая производительность, однако, не предел. За последние годы в

СССР и США созданы гелиевые ожижительные установки производительностью 200 л/ч и

более. Мала или велика эта производительность?

Теплота испарения жидкого гелия настолько низка, что электролампочка мощностью 4

Вт, работающая в жидком гелии, испарила бы более 50 л жидкого гелия за 1 ч!

Тем не менее полное отсутствие сопротивления у сверхпроводящих обмоток и,

следовательно, отсутствие выделения тепла позволяют обходиться такими

количествами жидкого гелия даже для самых крупных обмоток. Важно лишь обеспечить

очень хорошую теплоизоляцию области, где находится сверхпроводящая обмотка, с

тем чтобы тепло не поступало в эту область извне.

Самая лучшая теплоизоляция — это высокий вакуум (остаточное давление 10-5…10-6

мм рт. ст.). Теплопроводность остаточного газа в этом случае ничтожно мала для

того, чтобы обеспечить хоть сколько-нибудь заметную теплопередачу. При вакуумной

изоляции решающее значение приобретает теплопередача лучеиспусканием. Чтобы

ликвидировать или по крайней мере существенно снизить передачу тепла от области

с высокой температурой к низкотемпературной, на пути излучения в вакууме

необходимо поставить отражающие экраны, охлаждаемые каким-либо хладагентом.