Thèse soutenue

Développement d'un réfrigérateur à dilution en boucle fermée pour expériences d'astrophysique dans l'espace

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Angela Volpe
Direction : Alain BenoitGérard Vermeulen
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 31/01/2014
Etablissement(s) : Grenoble
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Alain Girard
Examinateurs / Examinatrices : Paolo De bernardis
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Jean Nacher, A.t.a.m. (fons) De waele

Mots clés

FR  |  
EN

Mots clés contrôlés

Résumé

FR  |  
EN

Plusieurs missions sur satellite sont proposées pour résoudre un grand nombre de questions sans réponse concernant l'univers. Les instruments sur certaines de ces missions nécessitent des températures inférieures à 0,1 K pour fonctionner efficacement. Cette exigence signifie que la chaîne de refroidissement est un élément crucial de la conception du satellite. Les spécifications cryogéniques de ces futures missions sont plus exigeantes que l'état de l'art actuel : elle auront besoin d'une puissance frigorifique plus élevée à une température inférieure et avec à une durée de vie prolongée de 5 à 10 ans. Cela a motivé le développement d'un réfrigérateur à dilution 3He-4He en boucle fermée. Cette conception est basée sur le réfrigérateur à dilution à cycle ouvert utilisé sur le satellite Planck, dont la durée de vie et la puissance frigorifique ont été limitées par la quantité d'3He et d'4He à bords, le mélange étant éjecté dans l'espace après le processus de dilution . Pour surmonter ces limitations, le cycle a été fermé par la séparation des isotopes de l'hélium à basse température avant de les réinjecter dans le réfrigérateur . Cette thèse décrit les progrès réalisés dans le développement et dans la compréhension de ce nouveau système, et montre que les exigences de refroidissement (1 µW à 50 mK) peuvent être satisfaites dans les conditions requises. Ce travail tente également de résoudre un problème lié à la micro-gravité : la séparation de phase liquide-vapeur dans le bouilleur. Nos résultats expérimentaux montrent que le confinement du liquide dans le bouilleur dans les conditions requises et en gravité négative est possible. Ces résultats ont guidé la conception d'un nouveau bouilleur non-sensible à la gravité, dernière étape du développement d'un réfrigérateur à dilution en boucle fermée adapté à la micro-gravité.