Тройная точка, точка 17,042 К и точка кипения равновесного водорода

Водород имеет две молекулярные модификации (обозначается приставками «орто» и «пара»); их наличие объясняется различными относительными ориентациями двух ядерных спинов в двуатомных молекулах. Равновесная орто-пара концентрация зависит от температуры и при комнатной температуре соответствует примерно 75% ортоводорода и 25% пароводорода (так называемый нормальный водород). После ожижения это соотношение медленно меняется со временем; соответствующие изменения происходят и в физических свойствах водорода. В точке кипения равновесная концентрация соответствует 01,21 % орто- и 99,79 % пароводорода. Температура кипения водорода этого состава («равновесного») ниже температуры кипения нормального водорода примерно на ,0,12 К. (Название «равновесный водород» означает, что водород имеет свою равновесную орто-пара концентрацию при данной температуре). Чтобы избежать ошибок при реализации реперных точек водорода, вызываемых неопределенным орто-пара составом, рекомендуется использовать равновесный водород, конвертированный катализатором, например, гидроокисью железа. При этом следует использовать водород высокой химической чистоты, которая достигается диффундированием его через палладий.

Температура равновесия между твердой, жидкой и газообразной фазами водорода может быть реализована использованием достаточного количества жидкого водорода в присутствии какого-либо катализатора в полости медного блока, в который вмонтированы платиновые термометры сопротивления и который находится в вакууме. Температуру блока понижают до тех пор, пока водород не затвердеет. Затем температуру медленно повышают и наблюдают переход в тройной точке. Горизонтальный участок кривой «время-температура» может быть постоянным до 0,1 мК в течение 30 мин или более.

Температуру равновесия между жидким и газообразным водородом обычно реализуют статическим методом. В соответствии с этим методом в блоке из металла, обладающего высокой теплопроводностью, имеется полость, в которой создается и поддерживается температура, близкая к. точке кипения (погружением блока в жидкий водород). Чтобы избежать температурных градиентов из-за гидростатического давления, с жидким водородом соприкасается верхняя плоскость блока, а нижняя часть блока защищена вакуумной рубашкой. Полость в блоке содержит небольшое количество очень чистого жидкого водорода при наличии какого-нибудь катализатора. Давление паров водорода, находящегося в полости, передается по капилляру (из материала с низкой теплопроводностью) к манометру, находящемуся вне криогенной части установки.

Следует принять меры предосторожности, чтобы избежать прямого излучения по капилляру в полость и чтобы на всем своем протяжении от полости до манометра капилляр имел более высокую температуру, чем температура на поверхности жидкого водорода в полости.

Измерения заключаются в сравнении показаний конденсационного термометра сконструированного указанным образом, и платиновых термометров сопротивления, смонтированных в плотно пригнанных гнездах, высверленных в металлическом блоке и расположенных как можно ближе к полости.

Правильность измерений можно проверить, показав, что полученные значения не зависят от отношения объема жидкого водорода к объему пара в полости.