当氦3氦4混合气冷却到870mK以下时,开始分离成两相。较轻的是富含氦3的凝聚相,较重的是富含氦4的稀释相。氦3在两种相中的浓度依赖于温度。由于氦3在两种相中的焓是不同的,通过从凝聚相中向稀释相蒸发氦3,可以得到制冷效果。

如果使凝聚相和稀释相的分离,并且在混合室中形成相分界面,则在此处可以发生制冷过程。

为了获得持续的制冷过程,需要使氦3连续地通过相分界面。如果将和混合室相连的蒸馏室中稀释相温度升高到大概700 mK,在这个温度下,氦3的蒸汽压要比氦4大两个数量级,那么氦3能够被使用室温环境中的机械泵,或者吸附泵优先抽取到,由此可以得到连续的氦3通过相分界面的流动,形成制冷功率。被泵抽走的氦3重新回到系统中,通过1K池冷凝,蒸馏室预冷,在连续热交换器中和来自混合室的退出气流进行热交换,进一步冷却至150mK,然后一系列的银烧结阶梯热交换器,从100mK到冷却到20mK,并最终重新进入混合腔,开始新的制冷循环。

为了防止热辐射影响制冷平台,稀释单元和1K池位于真空中,同时由辐射屏隔开了环绕着热交换器和混合室的下面样品空间的蒸馏室和100mK冷盘。

通过适当的设计,可以利用稀释制冷机得到低于5mK的温度。

样品的放置是一个非常直截了当的过程:

从主低温腔里移去低温插件,使其升温到室温。将内部真空室(IVC)尾头移去,即可看到混合腔的底部。直接将样品放置到混合腔上或者连接着混合腔的样品架上。一个为插件设计的自密封圈可以减少换样的时间,同时也减少了4He的损失。