Experiments on solid argon

Summary

Large specimens of crystalline argon were prepared in order to perform thermal conductivity and diffusion experiments. The technique of crystal growth is described in detail. Single crystals of about 1.5 cm³ were observed. Thermal conductivity measurements were performed on crystalline rods freed from the mould in a temperature range (3.5÷15) °K. A maximum of 600 mW/cm °K at 5 °K was found, to be compared with 40 mW/cm °K found by White and Woods with a different technique. Self-diffusion measurements were performed by a mass-spectrometric technique using³⁶Ar tracer. Experiments were carried out both on large crystals and polycrystalline layers. Care was taken of disturbances arising from the large vapor pressure of solid argon in the relevant temperature range. The activation lawD=D ₀ exp [−Q/RT] was found to hold in both experiments. The results are interpreted to give the self-diffusion parameters of an argon single crystal from 72 °K to °K asD ₀ ≃4 cm²/s andQ=(3865±200) cal/mole. A separate section is devoted to the comparison with other experimental evidence and with theoretical calculations.

Riassunto

Sono stati cresciuti grossi cristalli di argon allo scopo di compiere su di essi misure di conducibilità termica e di autodiffusione. La tecnica usata per crescere i cristalli viene descritta in dettaglio. Sono stati osservati monocristalli di circa 1.5 cm³. Le misure di conducibilità termica sono state eseguite su cilindri cristallini estratti dal erogiuolo, nell’intervallo di temperatura (3.5÷15) °K. Si è trovato un massimo di 600mW/cm °K a 5 °K da confrontare con 40 mW/cm °K trovato da White e Woods con una tecnica differente. Le misure di autodiffusione sono state fatte mediante uno spettrometro di massa usando³⁶Ar come tracciante. Gli esperimenti sono stati eseguiti sia su grossi cristalli che su strati policristallini sottili. Si è trovato che la leggeD=D ₀ erp[−Q/RT] è obbedita in ambedue gli esperimenti. I risultati sono stati interpretati in modo da fornire i parametri relativi ad un monocristallo d’argon:D ₀⋍4 cm²/s, Q=(3865±200) cal/mole. Una sezione a parte è dedicata al confronto di questi risultati con altri dati sperimentali e con calcoli teorici.

Реэюме

Были приготовлены больщие обраэцы кристаллического аргона, для того чтобы провести зксперименты по термопроводимости и диффуэии. Подробно описывается техника вырашивания кристалла. Наблюдались единичные кристаллы величины 1.5 см³. Иэмерения термопроводимости проводились на кристаллических стержнях, освобождённых иэ формы при температурах в области (3.5÷15) °К. Был найден максимум 600mW/см°К при температуре 5°К, который сравним с величиной 40 mW/см °К, найденной Уайтом и Вудсом, с испольэованием другой техники. Иэмерения самодиффуэии проводились с помошью техники массспектрометра, испольэуя иэотоп³⁶Аг. Эксперименты проводились как на больщих кристаллах, так и на поликристаллических слоях. Больщое внимание уделялось помехам, воэникаюшим от больщого давления паров твёрдого аргона в соответствуюшей области температур. Было найдено, что эакон активации D=D ₀ exp[−Q/RT] справедлив в обоих зкспериментах. Реэультаты обрабатываются с целью получения параметров самодиффуэии для единичного кристалла аргона при температурах от 72° К до 83°К, когда D₀≃4 см²/сек и Q=(3865 ±200) кал/моль. Отдельная часть работы посвяшена сравнению с другими зкспериментальными данными и с теоретическими вычислениями.