低溫制冷：突破-253℃封鎖線

　　【中國(guó)制冷網(wǎng)】在企業(yè)林立的河北廊坊開(kāi)發(fā)區(qū)，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所的幾座實(shí)驗(yàn)樓乍看并不起眼。

　　但推門(mén)進(jìn)去，卻別有洞天。一臺(tái)高約3米、長(zhǎng)約6米、重達(dá)15噸的巨大科研設(shè)備橫臥在廠房里，天藍(lán)色的外殼顯得格外清涼。

　　這套名為“10kw/20k臥式高真空絕熱冷箱”的設(shè)備全國(guó)僅此一臺(tái)。4月29日，由中科院理化所承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備“大型低溫制冷設(shè)備研制”項(xiàng)目在這里通過(guò)驗(yàn)收，這意味著，中國(guó)終于有了自主研發(fā)的第一臺(tái)萬(wàn)瓦級(jí)液氫溫區(qū)低溫制冷設(shè)備。

　　一個(gè)低溫專家的尷尬

　　西安交通大學(xué)教授厲彥忠是這次項(xiàng)目驗(yàn)收組的專家之一，他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，這些年來(lái)國(guó)內(nèi)低溫制冷項(xiàng)目的招標(biāo)很多，但國(guó)內(nèi)單位卻幾乎從來(lái)沒(méi)有中過(guò)標(biāo)。“液氫溫區(qū)低溫制冷設(shè)備一直被瑞士和法國(guó)兩家公司壟斷著，我國(guó)使用的幾乎全部是進(jìn)口產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)沒(méi)有成型的設(shè)備，業(yè)主們誰(shuí)都不愿意做第一個(gè)吃螃蟹的人。”

　　作為國(guó)內(nèi)知名的低溫制冷專家，其實(shí)厲彥忠本人曾中過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)，但業(yè)主z*后卻沒(méi)有用他的方案，還是去買(mǎi)了國(guó)外的產(chǎn)品。

　　而這個(gè)讓厲彥忠“如鯁在喉”的問(wèn)題，已經(jīng)成為制約中國(guó)前沿科技研究、航空航天、高技術(shù)應(yīng)用等行業(yè)的一個(gè)“瓶頸”。在《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃（2012-2030年）》確定的16個(gè)重大專項(xiàng)中，有8項(xiàng)與低溫設(shè)備相關(guān)，特別是低溫運(yùn)載火箭所需的萬(wàn)瓦級(jí)低溫制冷技術(shù)，是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)行限制輸出的技術(shù)。

　　為打破長(zhǎng)期受制于人的被動(dòng)局面，掌握相關(guān)領(lǐng)域高技術(shù)發(fā)展的主動(dòng)權(quán)，國(guó)家財(cái)政部及時(shí)部署了這一重大裝備研制任務(wù)。2011年10月，國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“大型低溫制冷設(shè)備研制”（i期）立項(xiàng)，以期突破關(guān)鍵技術(shù)，盡快實(shí)現(xiàn)大型低溫制冷設(shè)備自主的設(shè)計(jì)與制造，滿足國(guó)內(nèi)急需。

　　“降溫比升溫難得多”

　　而這一切談何容易。雖然中科院理化所研究員、“大型低溫制冷設(shè)備研制”項(xiàng)目s*席科學(xué)家李青開(kāi)玩笑說(shuō)自己是個(gè)“做冰棍的”，但建成這臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“大冰箱”，卻花了他們4年多時(shí)間。

　　“和高溫不同，低溫是有極限的。宇宙的z*低溫度是絕對(duì)零度，也就是零下273.16℃。”李青說(shuō)，“因此在一定程度上講，降溫比升溫要困難得多。”

　　但這件事卻又非做不可。例如我國(guó)要發(fā)展的新一代運(yùn)載火箭，傳統(tǒng)燃料已經(jīng)滿足不了大運(yùn)載量的需求，必須使用液氫作為燃料。

　　氫氣是世界上z*輕的物質(zhì)之一，要將其降溫到20k（-253℃）并液化，用中科院理化所副研究員胡忠軍的話說(shuō)，“需要付出極大的代價(jià)”。

　　科研人員選擇了液化溫度更低的氦來(lái)給氫降溫。“降溫的原理并不新，但要做到設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，卻很不易。”李青說(shuō)，“尤其是低溫設(shè)備應(yīng)用的場(chǎng)合都是航空航天、大科學(xué)工程等z*尖端的技術(shù)，更是馬虎不得。”

　　科研人員在幾十年低溫技術(shù)積累基礎(chǔ)上，突破了高速氦氣體軸承透平膨脹機(jī)穩(wěn)定性技術(shù)、超低漏率板翅式低溫?fù)Q熱器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、高精密油分離技術(shù)、氣動(dòng)低溫調(diào)節(jié)閥制造技術(shù)以及系統(tǒng)集成調(diào)控技術(shù)5大關(guān)鍵技術(shù)，建成了這臺(tái)技術(shù)指標(biāo)為10kw/20k、氦透平膨脹機(jī)絕熱效率≥70%的大型低溫制冷設(shè)備，綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　“這是一個(gè)零的突破。”厲彥忠說(shuō)。專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目打破了發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)液氫溫區(qū)大型低溫制冷技術(shù)的壟斷，奠定了自主開(kāi)發(fā)系列化產(chǎn)品的基礎(chǔ)，是自主研發(fā)大型關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備的成功范例。

　　向更“高冷”處邁進(jìn)

　　事實(shí)上，在項(xiàng)目研制過(guò)程中，該所的低溫設(shè)備就已經(jīng)“熱”得發(fā)燙。目前，中科院內(nèi)已有5、6家科研單位與該所簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，準(zhǔn)備將低溫設(shè)備應(yīng)用到各自的科研工作中。

　　驗(yàn)收會(huì)當(dāng)天，中科院?jiǎn)?dòng)了大型低溫制冷設(shè)備的二期研制工作，將進(jìn)行更低溫區(qū)（液氦/超流氦）的大型低溫設(shè)備研制，推動(dòng)大型低溫制冷技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

　　中科院蘭州近代物理研究所黨委書(shū)記、研究員趙紅衛(wèi)就是專程趕來(lái)參加驗(yàn)收會(huì)的用戶之一，他對(duì)二期研制工程充滿了期待。

　　“當(dāng)前對(duì)核廢料的處理主要采取的是深埋的方式，但核廢料的放射性周期很長(zhǎng)，其間一旦封裝材料遭到破壞，就會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。”趙紅衛(wèi)說(shuō)，“我們現(xiàn)在要利用加速器反應(yīng)堆將核廢料轉(zhuǎn)化成短壽命的同位素，但這種新技術(shù)的前提，就是低溫，確切地說(shuō)是4.2k以下的低溫。”

　　二期工程要將溫度降至4.2k~2k，在這個(gè)溫度下，氦氣也將變成液體和超流態(tài)，基本覆蓋了所有物理研究所需要的溫度。

　　“更低溫度，更高水平。”李青和他背后的中國(guó)低溫團(tuán)隊(duì)，還將向更“高冷”邁進(jìn)。