Figure

Objet

Dans le cadre du thème de transfert de chaleur à basses températures (T<2.17K) une étude concernant l'hélium superfluide (HeII) dans un milieu poreux est en cours. Deux aspects sont sous investigation : le premier est lié au transfert de chaleur portée par l'HeII à travers le milieu poreux; et le deuxième repose sur le comportement même de l'HeII dans une géometrie restreinte (milieu poreux) à l'approche de la température de transition superfluide (T =2.17K). Ce travail est mené en collaboration avec le CEA/Saclay.

Description

Rappelons que des rubans d'isolation électrique (Kapton ou Kevlar) sont souvent utilisés dans la conception des conducteurs supraconducteurs servant à la réalisation des aimants dipôles. Il est bien connu que la performance de ces derniers dépend de la configuration des rubans ainsi que de leurs propriétés thermiques. Dans notre expérience, le milieu poreux est conçu à partir d'une superposition de ces rubans isolants comme indiqué sur la figure 1. Ainsi, on obtient un réseau de microcanaux difficile à modéliser et perméable à l'HeII. Il est indispensable d'en mesurer les propriétés de transport de chaleur et à partir de là, d'en tirer des modèles utilisables pour les ingénieurs de conception des conducteurs. Les mesures sont effectuées dans une cellule cylindrique remplie d'HeII dont les deux faces planes sont couvertes par le milieu poreux. L'ensemble est plongé dans un bain d'HeII, régulé en température. Une puissance, dissipée à l'intérieur de la cellule, s'évacue via les milieux poreux. La différence de température mesurée, à quelques dizaines de microkelvins près, pour différentes puissances contient toutes les informations physiques en ce qui concerne le transfert de chaleur et le comportement de l'HeII.

Résultats et perspectives

Comme indiqué sur la figure 2, l'apparition de deux régimes distincts de transfert de chaleur (à savoir le régime de Gortex-Mellink et le régime de Landau) est très claire. En analysant ces modes de transferts, les dimensions des microcanaux deviennent accessibles. Rappelons que ces dimensions, qui sont essentielles dans la technologie de fabrication des dipôles, ne peuvent être atteintes qu'expérimentalement. Par ailleurs, l'effet du confinement de l'hélium dans ce milieu poreux peut être analysé à partir de l'évolution du facteur structurel Ad²L^-1 (où A est la surface, L est la longueur moyenne et d, l'épaisseur des canaux) en fonction de la température. En effet, les propriétés de l'HeII deviennent sensibles aux effets de dimensions lorsque sa température est voisine de la transition T . Actuellement, la précision absolue de mesure de la température n'excède pas 5mK, ce qui interdit l'utilisation des résultats pour faire ressortir des lois d'échelle, et donc des modèles représentatifs. Le projet actuel prévoit l'utilisation de thermomètre à <<son>> (les quatrième et premier sons de l'HeII) pour pallier ces inconvénients. On peut espérer obtenir une température avec une incertitude inférieure à 10 K.

Référence

[1] B. Boudouy, A. Boucheffa, M. X. François, C. Meuris : <<Thermal Behaviour of Electrical Multi-Layer Insulation Permeable to Superfluid Helium>>. ICEC16/ICMC, 1996, pp.464.

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