氩霜竞争吸附实验平台的设计与验证

为了研究氩霜对氦气与氢气的混合气体竞争吸附的特性,设计并搭建了一套低温实验台,该实验台主要包括液氦恒温器、吸附室和气体缓冲室,能实现氩霜在低温下对纯氦气、纯氢气以及两种气体的混合物的吸附特性的研究。从理论上分析了液氦恒温器的热力性能,预冷恒温器低温部分所需液氦为35.3 L,系统漏热为7.109 2 W,稳定运行时液氦耗量为9.8 L/h。为了验证本实验台的可信度,以氦气为吸附质气体,研究了氩霜在液氦温度下对其吸附的吸附特性,通过与文献实验数据的对比,表明该实验台在低温下研究氩霜对不同气体的吸附研究是可信的。

氦气在氩霜表面吸附的巨正则蒙特卡洛模拟

为了从微观角度解释深冷霜在低温下对不凝性气体的吸附机理,采用巨正则蒙特卡洛方法对氦气在氩霜狭缝孔结构中的吸附过程进行模拟。研究了粒子的局部密度随压力变化的分布,获得了氦气在不同孔宽和温度条件下的吸附等温线。模拟结果表明,在相同温度和孔宽下,压力越高粒子在孔内的局部密度越大,且最大值的位置不随压力变化。在温度为4.2 K时,孔宽越大霜层对氦气分子的吸附作用力越小,当孔宽大于1.5 nm时,吸附等温线基本重合。系统的温度越低,起始的吸附压力越小。