ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №6

УДК: 537.638.5, 538.953, 536.244

Температурная релаксация элементов
ГАЗОВого ТЕПЛОВОго КЛЮЧа
НА основе криомагнитной системы 10 Тл

К.А. Колесов^1,2, О.В. Белова³, С.С. Морковин³, И.И. Мусабиров⁴, А.В. Маширов^1,3

¹ Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7

² Челябинский государственный университет,
454001, г. Челябинск, ул. Братьев Кашириных, 129

³ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
105005, Москва, 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1

⁴ Институт проблем сверхпластичности металлов РАН,
450001, Уфа, ул. Степана Халтурина, 39

Статья поступила в редакцию 15 мая 2026 г.

Аннотация. В статье исследуются рабочие параметры газового теплового ключа криогенного магнитного рефрижератора, реализованного на основе криостата сверхпроводящего магнита. В качестве теплообменного газа применялся гелий, а в качестве теплообменных элементов использовался диск магнитокалорического сплава GdNi₂ и медный цилиндр. Экспериментально было установлено время релаксации элементов газового ключа на температурных уровнях 24 К, 61 К, 75 К и 80 К. Показано, что времена релаксации контактной пары криогенного механического теплового ключа с индиевым термоинтерфейсом и криогенного газового теплового ключа практически одинаковы. Определена потенциальная холодопроизводительность и построен холодильный цикл единичного каскада криогенного магнитного рефрижератора с газовым тепловым ключом.

Ключевые слова: газовый тепловой ключ, механический тепловой ключ, криогенный магнитный рефрижератор.

Финансирование: Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда, проект № 25-19-20141, https://rscf.ru/project/25-19-20141/.

Автор для переписки: Маширов Алексей Викторович, a.v.mashirov@mail.ru

Литература

1. Bywaters R. P., Griffin R. A. A gas-gap thermal switch for cryogenic applications //Cryogenics. – 1973. – Т. 13. – №. 6. – С. 344-349. https://doi.org/10.1016/0011-2275(73)90059-3

2. Lucia U., Grisolia G. Magnetocaloric refrigeration in the context of sustainability: A review of thermodynamic bases, the state of the art, and future prospects //Energies. – 2024. – Т. 17. – №. 14. – С. 3585. https://doi.org/10.3390/en17143585

3. Kitanovski A., Egolf P. W. Thermodynamics of magnetic refrigeration //International journal of refrigeration. – 2006. – Т. 29. – №. 1. – С. 3-21. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.04.007

4. Duband L., Ravex A. A thermal switch for use at 0.3 k in space borne cryogenic systems. – SAE Technical Paper, 1994. – №. 941278. https://doi.org/10.4271/941278

5. Duband L. A thermal switch for use at liquid helium temperature in space-borne cryogenic systems //Cryocoolers 8. – Boston, MA : Springer US, 1995. – С. 731-741. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9888-3_72

6. Klinar K. et al. Fluidic and mechanical thermal control devices //Advanced electronic materials. – 2021. – Т. 7. – №. 3. – С. 2000623. https://doi.org/10.1002/aelm.202000623

7. Yu F. Q. et al. The study of active gas-gap heat switch using carbon nanotubes as the adsorption material //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2024. – Т. 1301. – №. 1. – С. 012037. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1301/1/012037

8. Kamiya K. et al. Hydrogen liquefaction by active magnetic regenerative refrigeration //Cryogenics. – 2025. – С. 104205. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2025.104205

9. Park I., Jeong S. Development of the active magnetic regenerative refrigerator operating between 77 K and 20 K with the conduction cooled high temperature superconducting magnet //Cryogenics. – 2017. – Т. 88. – С. 106-115. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2017.09.008

10. Park J., Jeong S., Park I. Development and parametric study of the convection-type stationary adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) for hydrogen re-condensation //Cryogenics. – 2015. – Т. 71. – С. 82-89. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2015.06.006

11. Angelica Liponi, Mathieu Tenda, Rasmus Bjørk, Umberto Desideri. Analysis of configurations for coupling an active magnetic regenerator with heat exchangers for hydrogen liquefaction //Fuel Processing Technology. – 2025. – Т. 278. – С. 108337. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2025.108337

12. Archipley C. et al. Methane liquefaction with an active magnetic regenerative refrigerator //Cryogenics. – 2022. – Т. 128. – С. 103588. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2022.103588

13. Franco V. et al. Magnetocaloric effect: From materials research to refrigeration devices //Progress in Materials Science. – 2018. – Т. 93. – С. 112-232. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.005

14. Cirillo L. et al. A review of the state of the art of the cryogenic magnetocaloric systems for gas liquefaction //International Journal of Refrigeration. – 2025. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2025.08.007

15. Kolesov K. A. et al. Parameters of the cryogenic mechanical thermal switch with temperature range 15–300 K for magnetic refrigerators //Cryogenics. – 2024. – Т. 142. – С. 103899. https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2024.103899

16. Kolesov K. A. et al. Experimental Brayton cycle of a cryogenic magnetic refrigerator based on GdNi2 alloy //International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2024. – Т. 235. – С. 126120. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.126120

Для цитирования:

Колесов К.А., Белова О.В., Морковин С.С., Мусабиров И.И., Маширов А.В. Газовый тепловой ключ криогенного магнитного рефрижератора на основе сплава GdNi₂. // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.6.9