| 中科院理化技術(shù)研究所研究員龔領(lǐng)會： |
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| 打破國外壟斷 大型低溫制冷裝備實(shí)現(xiàn)“中國造” |
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問：-271℃是一個(gè)接近絕對零度的溫度，要實(shí)現(xiàn)這一科學(xué)目標(biāo)難度有多大？
龔領(lǐng)會：理論上來說，溫度是沒有上限的，但是有下限。這個(gè)下限用絕對溫度表示就是絕對零度，即“零”K，K表示絕對溫標(biāo)單位“開爾文”。絕對零度就是指萬事萬物都處于死寂的溫度。這個(gè)溫度值是多少呢？理論分析推導(dǎo)的結(jié)論是零下273.15攝氏度，用絕對溫度表示就是絕對零度。
目前，國際上達(dá)到的最低溫度大概僅比絕對零度高十億分之一開爾文，是在物理實(shí)驗(yàn)室里通過激光制冷或者核聚磁制冷實(shí)現(xiàn)的，這種方法只能把幾千個(gè)原子冷卻到極低的溫度。而對于大型物體的冷卻，比如超導(dǎo)磁體或者超導(dǎo)加速腔，這樣小的制冷量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
國際上最大的制冷機(jī)在液氦溫度可以提供2萬瓦制冷量，其機(jī)器占地面積達(dá)半個(gè)足球場，包括了成百上千個(gè)部件相互協(xié)同配合工作，要消耗幾乎1000萬瓦電功率。同樣量級的功率消耗在超流氦溫度只能產(chǎn)生4000瓦的制冷量，而且制冷機(jī)更為復(fù)雜，需要攻克精巧的核心技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。
我國在近十幾年才起步趕上，經(jīng)過中科院理化技術(shù)研究所十年攻關(guān)，目前在核心關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，于2021年初研制成功在超流氦溫度可提供500瓦制冷量的大型低溫制冷機(jī)，但在規(guī)模上與國際還有較大差距。
問：大型低溫制冷裝備有什么用途？為什么我們國家必須研制自己的大型低溫制冷裝備？
龔領(lǐng)會：大型低溫制冷裝備是一個(gè)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，由壓縮機(jī)組、數(shù)十臺低溫多股流換熱器、數(shù)臺低溫透平膨脹機(jī)、多級可再生低溫純化器、真空絕熱系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、純化供氣儲氣系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)構(gòu)成。大型低溫制冷裝備主要是在液氫溫度、液氦溫度或者超流氦溫度提供很大冷量，大到數(shù)百到數(shù)萬瓦級。比如在超流氦溫度2K可提供百瓦一直到四五千瓦制冷量，液氦溫度4.5K可提供幾百瓦到上萬瓦、數(shù)萬瓦制冷量。
大型低溫制冷系統(tǒng)主要應(yīng)用于超導(dǎo)磁體以及超導(dǎo)加速器的冷卻，其廣泛應(yīng)用于全世界正在建或已建成的高能物理研究裝置、大型科學(xué)裝置。我國正在建設(shè)的重離子加速器（HIAF）、加速器驅(qū)動核嬗變系統(tǒng)（ADS）、上海硬X射線裝置，還有已經(jīng)建成的上海光源以及中科院高能物理研究所王貽芳院士提出并預(yù)研的CEPC-SppC項(xiàng)目等，都離不開大型低溫制冷系統(tǒng)。
隨著我國的快速發(fā)展，大科學(xué)裝置、能源及其他高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展越來越快，對于大型低溫制冷裝備需求越來越大，可是我國幾十年來一直缺少這一技術(shù)和裝備。為了打破國外壟斷，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和裝備的自主可控，理化所大型低溫技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從2000年開始在國家和中科院的支持下，啟動了大型低溫制冷裝備的研發(fā)工作，到2021年先后研發(fā)成功萬瓦級液氫溫區(qū)大型低溫制冷裝置，為我國氫液化器制造奠定基礎(chǔ)；研發(fā)成功千瓦級液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷裝備，為我國大科學(xué)裝置建設(shè)和氦液化器產(chǎn)品開發(fā)提供了有力支撐�！�
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2022年2月刊 封面)