ヘリウム相マップ（へりうむそうまっぷ）

最終更新：2026/4/22

ヘリウム相マップは、超流動ヘリウムの異なる相の境界を示す温度と圧力の関係を表した図である。

別名・同義語相図ヘリウムの相状態図

ポイント

このマップは、ヘリウム4の超流動相、通常の流動相、そして固体相の存在範囲を視覚的に理解するために用いられる。低温物理学の研究において重要な概念である。

ヘリウム相マップの概要

ヘリウム相マップは、ヘリウム4の相転移を温度と圧力の関数として表現したものである。ヘリウムは極低温において、通常の液体とは異なる特異な性質を示す。特に、ある臨界温度（λ点）以下では超流動という現象が現れる。この超流動状態は、粘性を持たない流体として振る舞い、様々な特異な現象を引き起こす。

ヘリウム相マップ上には、主に以下の3つの相が存在する。

超流動相 (Superfluid Phase): λ点以下の温度で現れる相。粘性がゼロであり、毛細管を自発的に上昇したり、回転容器中で渦を形成したりする。
通常の流動相 (Normal Fluid Phase): λ点以上の温度で現れる相。通常の液体と同様の性質を示す。
固体相 (Solid Phase): 高圧下で現れる相。ヘリウム原子が規則的に配列した結晶構造を持つ。

ヘリウム相マップ上には、これらの相の境界を示す相転移線が描かれている。これらの線は、温度と圧力の変化に応じて相の状態が変化する条件を表している。特に、λ線は超流動相と通常の流動相の境界を示し、その形状は温度と圧力に依存する。

ヘリウム相マップは、超流動ヘリウムの基礎研究において不可欠なツールである。このマップを用いることで、特定の温度と圧力条件下でのヘリウムの相の状態を予測し、実験計画を立てることができる。また、超流動現象を利用した様々な応用研究（冷却技術、精密計測など）においても重要な役割を果たしている。