Réfrigérateur à dilution

250px|vignette|Diagramme de phase de la solution 3He–4He liquide, montrant la séparation des phases à basses températures. 250px|vignette|Schéma d’un réfrigérateur à dilution standard, ou « mouillé » : utilisant des fluides cryogéniques annexes. 250px|vignette|L’intérieur d’un réfrigérateur à dilution à hélium, sans les parois isolantes à vide. 250px|vignette|Schéma d’un réfrigérateur à dilution sans fluides cryogéniques, dit « sec » ; pré-refroidit par un à deux étages, indiqué par le rectangle en pointillés. Un réfrigérateur à dilution 3He/4He est un dispositif cryogénique qui fournit un refroidissement continu aux températures aussi basses que , sans pièces mobiles dans la région à basse température. La puissance frigorifique est fournie par la chaleur de mélange des deux phases liquides riches en hélium 3 et en hélium 4, respectivement. C'est la seule méthode de réfrigération continue pour atteindre des températures au-dessous de . Le réfrigérateur à dilution a été d'abord proposé par au début des années 1950 et a été expérimentalement réalisé en 1964 dans Kamerlingh Onnes Laboratorium à l'université de Leyde. Le processus de réfrigération utilise un mélange de deux isotopes d'hélium : hélium 3 et hélium 4. Quand il est refroidi approximativement au-dessous de , le mélange subit une séparation de phase spontanée pour former une phase riche en hélium 3 (la phase concentrée) et une phase pauvre en hélium 3 (la phase diluée). Comme indiqué dans le diagramme de phase, aux températures très basses, la phase concentrée est formée d’hélium 3 quasi-pur, tandis que la phase diluée contient environ 6,6 % d’hélium 3 et 93,4 % d’hélium 4. Le liquide de travail de ce réfrigérateur est l'hélium 3 qui est propulsé par des pompes à vide fonctionnant elles à température ambiante. L’hélium 3 (gazeux) entre dans le cryostat à une pression de quelques centaines de millibars. Dans le réfrigérateur de dilution classique (connu comme un réfrigérateur de dilution « humide »), l’hélium 3 est pré-refroidi et purifié par l'azote liquide à puis par un bain d’hélium 4 à .