Вместо ледяной ванны — тёплая газовая рубашка. Именно так теперь охлаждают криогенный компаратор тока в Национальном метрологическом институте Японии. Раньше этот прибор, сверяющий электрические токи с точностью до миллиардных долей, требовал погружения в жидкий гелий. Сегодня он работает в замкнутом холодильнике, где его греет не жидкость, а газ.
Проблема была в том, что холодильник без жидкого гелия создаёт вибрации. Эти вибрации сбивают точные измерения, как дрожание рук мешает хирургу. Инженеры нашли выход: они поместили прибор в герметичную камеру и заполнили её газообразным гелием при низком давлении. Газ передаёт холод от стенок холодильника к прибору, но не проводит вибрации так сильно, как твёрдое тело.
Результат удивил даже самих авторов. При давлении около 20 паскалей шум измерений сравнялся с тем, что даёт жидкий гелий. Для квантового эталона сопротивления погрешность в 1 наноом на ом достигалась всего за 100 секунд усреднения. Это как если бы новые весы давали ту же точность, что и старые аптекарские, но без хрупкой стеклянной ванны.
Теперь система расходует меньше литра газообразного гелия за цикл. Это эквивалент одного миллилитра жидкого гелия — в сотни раз меньше, чем раньше. В условиях мирового дефицита гелия такая экономия критична. С сентября 2025 года прибор уже используется для калибровочных услуг, а в будущем подобные установки смогут работать в любой лаборатории без зависимости от поставок жидкого гелия.
Гелиевая рубашка оказалась не хуже ледяной ванны. А главное — она позволяет квантовым эталонам выйти из криогенных бункеров в обычные лаборатории.
Газообразный гелий при 4.2 К остаётся газом при давлении ниже 100 кПа, поэтому его можно использовать как теплообменную среду без риска конденсации. Расход менее 1 литра газа за цикл эквивалентен всего 1 миллилитру жидкого гелия, что в сотни раз меньше традиционных криостатов.
В романе Аркадия и Бориса Стругацких «Понедельник начинается в субботу» магический институт НИИЧАВО сталкивается с проблемой нехватки ресурсов для экспериментов. Здесь же наука решает проблему дефицита гелия изящным инженерным решением, напоминающим, как в фантастике герои обходят ограничения среды.