Exotherme
Prozesse in Festkörpern
bei
tiefen Temperaturen,
ihre
Physik und ihre kryotechnische Implikation
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung
des
Doktorgrades
der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der
Universität zu Köln
vorgelegt
von
Michael
Schwark
aus
Goch
1984
Zusammenfassung
An
den meisten Tiefsttemperaturanlagen beobachtet man zeitabhängige
Wärmelecks
in der Größe von Nanowatt und mit
Zeitkonstanten von
einigen Stunden bis Tagen.
In
dieser Arbeit wurde dieses Phänomen näher untersucht. Es konnte
nachgewiesen
werden, daß Wasserstoff in Kupfer Ortho-Para
Konversion zeigt, nachdem er in Blasen ausgeschieden ist. Der Nachweis
geschah
im Milli-Kelvin Bereich über die dabei
freiwerdende
Wärme von typisch 0.1 nW pro Gramm Kupfer nach etwa 10 h, gerechnet vom
Abkühlbeginn.
Die Zeitabhängigkeit stimmt mit der von flüssigem und festem
Wasserstoff gut
überein und läßt eine eindeutige
Unterscheidung der Ortho-Para Konversion
von Tunnelprozessen zu. Solche
Tunnelprozesse konnten in Quarzglas bis zu Zeiten von 100 h nach dem
Abkühlen
nachgewiesen werden. Hier wurde die Theorie von Andersen, Halperin
und Varma für gleichverteilte
Tunnelzustände auch für lange Zeiten bestätigt. Allerdings wiesen die Meßdaten darauf hin, dass Zustände mit Energien
über etwa
10 K im hier beobachteten Zeitbereich (10 bis 100 h) keinen Beitrag zum
Wärmeleck mehr leisten. Ein ähnliches Verhalten wie Quarzglas
hinsichtlich der
Wärmeabgabe zeigten NbTixDy und NbTixHy
(x>y). Dies läßt
auf ein
breites Spektrum von Tunnelzuständen der Wasserstoff- bzw.
Deuterium-Atome
schließen.
Eine
Gesetzmäßigkeit zwischen Titan-Konzentration und Wärmeabgabe sowie
Deuterium-Konzentration und Wärmeabgabe konnte nicht gefunden werden.
Bei
verschiedenen Kunststoffen konnte ebenfalls eine zeitabhängige
Wärmeabgabe
festgestellt werden. Diese Wärmeabgabe kann bis zu 0.2 nW/g nach 10 h
betragen (
Stycast 2B50 ) und langsamer als umgekehrt
proportional zur Zeit abnehmen.