Un liquêfacteur d'hélium a grand débit

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Submitted on 1 Jan 1952

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Un liquêfacteur d’hélium a grand débit

L. Weil

To cite this version:

241 Le

_{paramagnetisme}

des electrons de

conductibilité,

obtenu en

_soustrayant

le

_{diamagnetisme}

des

_ions,

est

2,6.io-s

par centimetre cube

[8],

tandis _{que la} valeur calcul6e a

_partir

de la formule relative aux

electrons libres en

_supposant

nejj =

3

_{est 2. 10-6.}

1,61

L’accord est assez

_{satisfaisant, compte}

tenu de ce

que nous ne connaissons _{pas bien la}

_{susceptibilite}

diamagn6tique

de l’ion aluminium.

La constante de Hall mesur6e est

tandis que sa valeur calcul6e en

_supposant

trois electrons de valence par atome est

An

= -

3,4.10-12

[9].

6tant

_{donne que}

An

ne

_depend

_{que du nombre des}

electrons de valence et non de ner, ceci constitue un

autre

argument

en faveur de

_{1’hypoth6se suivantlaquelle}

I’aluminium serait un metal a electrons libres.

11 _y a

_pourtant

_{quelques propri6t6s physiques qui}

paraissent

contredire cette

_hypothese.

La mesure des

conductibilités

_thermiques

aux basses

_temperatures

conduit a des valeurs de nen-

comprises

entre

o,05

[10]

et

0,061

I

_[11].

Ceci ne contredit pas d’une

_façon

defi-nitive notre

_hypothèse,

car pour les m6taux

mono-valents Au et Cu _pour

lesquels

on sait que net! N i,

les memes mesures conduisent a neff =

_0,04

et

o,03

respectivement.

La conductibilité

6lectrique

de l’aluminium a

conduit les th6oriciens a _{supposer que} neIT N

o, 2,

mais on _{manque de calculs}

_{th6oriques plus}

d6taill6s

a ce

_{suj et.}

En

_conclusion,

les resultats concernant les varia-tions des

_{propri6t6s optiques}

avec la

_fr6quence,

les chaleurs

_spécifiques

aux basses

_{températures, la}

susceptibilite magn6tique

et _{1’effet Hall pour}

l’alu-minium sont tous

_compatibles

avec

_{l’hypothèse qu’il}

est un metal trivalent a electrons

libres,

dont la

masse effective serait

1,5

a

_1,6

fois la masse

elec-tronique.

[1]

ROBINSON A. T. et DORN J. E. - J.

Metals,

1951,

3,457.

[2]

SEITZ F. -- The modern

theory

of

solids,

1940,

p.

440.

[3]

O’BRYAN H. M. 2014 J.

Opt.

Soc. Amer.,

1936,

26, 122.

[4] HASS G. 2014

Optik, 1946,

1, 8.

[5]

MOTT N. F. et JONES H. 2014 The

theory

of the

_properties

of

metals and

alloys,

1936,

p. 112.

[6]

SABINE G. B. -

Phys. Rev.,

1939,

55, 1064. [7] SEITZ F. - The modern

theory of

solids, 1940, p. 153.

[8]

SOMMERFELD A. et BETHE H. - Handbuch der

Physik,

1933, 24,

n° 2, 475.

[9]

SEITZ F. 2014 The modern

theory of

solids, 1940,

p. 183.

[10]

HULM J. K. 2014 Proc.

Roy. Soc., 1951, 204 A, 98.

[11]

ANDREWS F. A., WEBBER R. T. et SPOHR D. A.

-Phys.

Rev.,

1951,

84, 994.

Manuscrit reçu le 23 février

1952.

UN

_{LIQUÊFACTEUR}

D’HÉLIUM

A GRAND

DÉBIT

Par L.

WEIL,

Laboratoires de Grenoble du C. N. R. S. Le

_liqu6facteur

d’h6lium dont vous venons d’achever

la construction est du

_type

_classique

a

refroidisse-ment par effet Joule-Thomson du gaz

prealablement

amen6 au-dessous du

_point

d’inversion par passage

dans l’azote

_liquide

et

_{l’hydrogène liquide}

bouillant

sous

_pression

reduite. Nous avons

_pr6vu

le passage,

de 8 m3 de gaz par

heure,

correspondant,

pour une

pression

de 25

_{kg :}

cm2 et une

_temperature

de

140

K h 1’entree de

_{1’6changeur final,}

a un rendement

théorique [1]

de i g pour oo, soit a un debit de 2 1 : h de

_liquide.

La

_figure

ci-contre donne le schema

_general

tant

du

_liqu6facteur

_{proprement dit,}

_{que de la} circulation

et de la

_{prépurification}

du _gaz. Une

_description

d6taill6e en sera donn6e ulterieurement. Voici

_quelques

Fig.

i.

caract6res

_particuliers

de

l’appareil :

l’isolement

thermique,

le fonctionnement

_automatique,

en

parti-culier pour l’ alimentation en azote et

_hydrog6ne

liquide, l’importance

des _groupes de

_{purification.}

L’ensemble de

_l’appareil

est

_place

dans une cuve en tole

_{d’acier, mobile,}

ferm6e par un couvercle

fixe,

par l’intermédiaire d’un

joint

toroidal,

dans

laquelle

on établit un vide mol6culaire. On

supprime

ainsi toute conduction entre les divers

_etages

et

avec le milieu ambiant. Pour

_supprimer

_le

rayon-nement,

on a

fix6,

sans contact

_thermique

notable,

un écran d’aluminium a l’int6rieur de la cuve, et

imm6diatement autour du _groupe de refroidissement

par

1’hydrogene

et de

_{1’echangeur}

final

_{deja prot6g6}

par un écran en

_cuivre,

une chemise d’azote

_liquide;

on assure ainsi un refroidissement

_rapide.

Les seules

pertes

r6siduelles

_proviennent

de la conduction

242

m6tallique

des diverses conduites vers la

_plaque

support.

Elles sont _{reduites par} le choix de tubes

.

minces,

le

plus

souvent en monel ou

constantan,

peu conducteurs.

L’alimentation

_automatique

en

_{hydrogène liquide}

est command6e _{par la}

_pression

d’hydrogène

dans

un bulbe

place

au niveau desire.

Quand

il est

_immerg6,

il y

regne

la meme

_{pression qu’au-dessus}

du

_liquide;

un

_dispositif

_{différentiel coupe alors le courant dans}

la vanne

d’alimentation,

ce

_qui

la ferme. Un bulbe a azote commande de meme l’alimentation en azote

liquide.

La

_purification

est assur6e _par refroidissement :

on a

_pr6vu

des

_6changeurs

avec tubes a

_grand

dia-m6tre et intercalé des

_cyclones

_pour

_s6parer

les

impuret6s

condens6es;

plusieurs

d’entre eux sont

relies a l’ extérieur _pour

_permettre

le

_rejet

en cours

d’opération.

De

_plus

des tubes de cuivre contenant du charbon actif sont

_immerges

dans l’azote

_liquide

et,

en nombre

_plus

_reduit,

dans

_{l’hydrogène liquide.}

Tous les

_6changeurs

ont _{ete calcul6s par} les

for-mules

_[21

dont nous avions

éprouvé

la _{validite pour} notre

_liqu6facteur

_{d’hydrog6ne}

et

_{d’ après}

des

exp6-riences faites a notre laboratoire

_[3].

La

consomma-tion

_{d’hydrog6ne liquide}

est minime. Les

_pertes

de

charge

mesur6es sont en bon accord avec le

_calcul;

en

_particulier

en basse

_pression

ou elles influent sur

le

_rendement,

1’6cart ne

_d6passe

_{pas 5o g :} cm2.

L’appareil

est actuellement aliment6 par un

compresseur form6 de deux compresseurs

frigorifiques

du commerce

_places

en s6rie

_(le

deuxi6me _{muni par}

nos soins d’un refroidissement par

eau),

ce

_qui

limite

la

_pression

a

_{15 kg : cm2}

a Fentree de

_{1’6changeur}

final

_{(12 c).}

_{La pompe -} utilis6e

_{provisoirement}

-faisant bouillir

_{l’hydrogène}

sous

_pression

reduite

n’ayant

pas un debit sufflsant a limit6 a

_16,5°

la

temperature

a 1’entr6e de

_{1’echangeur (12 c).}

En

définitive,

le rendement

_th6orique

tombe a I o _pour I o0 et nous avons obtenu effectivement un debit de

_{1, 2 1: h}

dans le

_premier

essai.

Manuscrit recu le 21 février 1952.

[1]

KEESOM. 2014 Hélium, Elsevier, Amsterdam.

[2]

MAC ADAMS. 2014 Heat _{transmission,} traduction

française,

Dunod, Paris.

[3]

WEIL L. et LACAZE A. - J.

Physique

Rad.,

1951,

12, 890 et _{1951, 12, 45.}

ESSAI DE

DÉTERMINATION

EXPÉRIMENTALE

DE LA DISTANCE ENTRE DEUX

ÉLECTRONS

EN INTERACTION Par R.

_FORRER,

Institut de

_{Physique, Strasbourg.}

Le m6canisme des interactions

_{6lectroniques}

aux-quelles

nous

attribuons

1’etat cristallin est encore

inconnu. Une etude

_{pr6liminaire [1]}

a montre

_qu’une

condition necessaire pour la

production

de ces inter-actions est la

_penetration

mutuelle des couches

6lectroniques

a une

_profondeur

bien

_precise.

La

discontinuite de

14°,

observée

_{expérimentaIement,}

d’un facteur F

_qui

intervient dans le mecanisme d’interaction

_suggère

que cette derniere se _compose

d’un certain nombre nJ d’interactions

elemen-taires , identiques,.

Cette

identité des interactions

elementaires

ne

_peut

se concevoir

qu’avec

des

condi-tions

_{identiques parmi lesquelles}

nous

_comptons

la

distance

o;,

entre les deux electrons a l’instant meme de leur

interaction.

11 serait int6ressant de tenter la determination

_{exp6rimentale}

de cette distance

_õ..-’

On

_peut

_y arriver de la

_facon

suivante :

Dans certains

_{diagrammes d’alliages (par exemple}

Fe2013N)

on constate 1’existen ce du meme

_systeme

cristallin dans deux

_phases

distinctes

_s6par6es

par

un domaine a deux

_phases;

on constate

_pourtant

dans

_{Fe-N, y}

et

y’

par

exemple

que

l’augmentation

de la maille est

_{proportionnelle}

au titre en

_azote,

meme a travers les deux

_phases

distinctes. Le m6ca-nisme de detail

_propose

ci-dessous

_expliquerait

1’exis-tence de deux

_phases

et donnerait la distance

õ.

Admettons

_qu’au

moment d’une interaction

elemen-taire deux

_positions

mutuelles des deux electrons soient

_possibles,

soit que

chaque

electron se trouve du cote de I’atome

_auquel

il

_appartient,

_{soit que}

chaque

electron

_pénètre

d’abord 4 l’int6rieur de

l’orbite de I’atome voisin. Si pour ces mecanismes différents le facteur F et le diam6tre des couches

6lectroniques

ne varient pas, il en r6sulte 1’exis-tence de deux distances

_atomiques

diff6rentes d’ et d dont la demi-différence

_{correspondrait}

a

_6,.

Si l’on

trouve,

malgre

certaines alterations

possibles

(variation

de F ou du diam6tre

_atomique)

dans des

cas

_{exp6rimentaux}

divers une valeur constante

pour d’ 2013

d,

l’attribution de ce fait a 1’existence d’une valeur constante

I,

de la distance entre les

electrons en interaction

devient

alors

_probable.

La difference de la distance des atomes de Fe dans

les

_phases

y’

et y dans le

diagramme

des Fe-N a la

temperature de 1’eutectique

E

_{donne dl-d=o,097 .:B.[2].}

Une

determination

de d’ - d

_{particulièrement}

sure

_peut

être d6duite des deux

_phases

Pd-H,

y’

et _y dont les distances

_atomiques

ont ete mesur6es

par

plusieurs

auteurs

[3];

la moyenne de 10 mesures

donne

_{0,0966:i= 0,00 15 Å,}

valeur

_{identique (aux}

erreurs

_{d’exp6rience}

_pres)

a celle _{d6duite du} sys-t6me Fe2013N.

On trouve encore une difference de distances

d’ - d de meme ordre de

_grandeur

dans le reseau de

_quelques

corps

(U :

o,093 Å;

Ni

_pulverise

dans

_N2,

tetragonal :

o,095

Å;

Fe203

oc : _o,09

_A;

aussi dans

MnP,

CrP, CrAs, FeAs, NiGe, PdSi, PdSn, PtSi,

PtGe,

IrGe,

RhSb

_[4]).

Le fait

qu’un

assez

_grand

nombre de cas nous

donnent des valeurs 6troitement

_{group6es parle}

pour l’intervention d’un meme mecanisme. Si nous

attribuons suivant notre

_hypothese

de

_depart

cette

variation discontinue de distance au m6canisme

6lectronique

cite

_plus

_haut,

nous _pouvons en d6duire

pour la distance entre deux electrons en

inter-d’ - d

=

_0,048

Å Nous constatons que

Ü:

cette

_grandeur

est

_6gale

à deux fois la

_longueur

d’onde de

_Compton

_(2A(

= 2 h

=

0,04853

A ).

Nous

mc

croyons

pouvoir

conclure de cette coincidence _que

la distance

õ:;

de deux electrons en interaction est

6gale

a 2 Ac.

[1]

FORRER R. 2014 J. Chim.