Физика Низких Температур: Том 47, Выпуск 8 (Август 2021), c. 703-709    ( к оглавлению , назад )

Phonon model of heat radiation into superfluid helium by a solid with a flat surface (Review Article)

I.N. Adamenko, E. K. Nemchenko, and K. E. Nemchenko

V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv 61022, Ukraine
E-mail: nemchenko@karazin.ua

Received March 2, 2021, published online June 25, 2021

Abstract

This paper reviews the quasiparticle model of superfluid helium and its application to describe heat transfer between a heated solid and superfluid helium. In this case, a problem is considered in which the surface of the heater is flat and the helium is at practically zero temperature. Under these conditions, heat transfer between solid and superfluid helium is determined by the transformation of the phonons of the solid into helium phonons. The work considers certain types of such transformation — elastic processes of phonon transformation, in which the number of phonons is conserved, and inelastic processes, in which the number of phonons changes. The main attention in this work is paid to the development of a quantum-mechanical approach for calculating the contribution of various polarizations phonons of solid to the heat flux formation, its magnitude, and angular distribution. The results of the work are used to explain the experimentally observed features of heat transfer from a heated solid to superfluid helium.

Анотація

Проведено огляд квазічастинкової моделі надплинного гелію та її застосування до опису теплообміну між нагрітим твердим тілом та надплинним гелієм. При цьому розглядається задача, в якій поверхня нагрівача є абсолютно плоскою, а гелій знаходиться при практично нульовій темпера-турі. У цих умовах теплообмін між твердим тілом та надплинним гелієм визначається трансформацією фононів твердого тіла в фонони гелію. Розглядено певні види такої трансформації — пружні процеси перетворення фононів, в яких кількість фононів зберігається, та непружні процеси, в яких кількість фононів змінюється. Основну увагу приділено розробці квантово-механічного підходу для обчислення внеску фононів твердого тіла різних поляризацій у формування потоку тепла, його величини та кутового розподілу. Результати роботи застосовуються для пояснення спостережених в експерименті особливостей перенесення тепла від нагрітого твердого тіла в надплинний гелій.

Key words: Kapitsa jump, phonons, heat flux, inelastic processes.