无液氦稀释制冷机调研报告

无液氦稀释制冷机调研报告

问:假如没有了氦气,有其他手段可以相对廉价的得到低温环境?
  1. 答:液氢是可以的,因为世界首次液氦的制取就是在1908年由海克·卡末林·昂内斯利用液氢乱举野实现了4.2K的低温,制得了几立方厘米的液氦,具体就是设计了一个系统,将氦气放在液氢中,液氢汽化带走热量,再将氦气进行绝热膨胀,最终液化。利用液氦是为了获得更低的温度,自从液氦以及它的特殊属性—超流态—的发现,已经可以获得一毫K的低温了。液氦的超流态,就是答扮当液氦温度降低到2.17K的时候出现的一种完全无摩擦,无阻哗喊力运动的状态,这种状态下,将一个玻璃杯一半浸入液氦中,液氦可以沿着杯壁运动到杯内,直到内外液面持平;而且这种状态下,其热导率是常温下铜的800倍,是目前已知最好的导热物质,且由于它导热极好内部是没有温差的,也就不会汽化,因此成为了理想的导热材料,用来降温是最合适的。要说更廉价,鉴于超低温对实验环境和设备的要求,需要等到一种超流态温度比氦更高的物质的发现。
  2. 答:液氮只能到77K,而液氦是为了达到1.8K,楼上提到的液氢且不说有多危险,单说温度20K就差液氦好远好远,降温特性也差。很多金属在液氦温度达到了超导态。包括前面有人提到了激光制冷也是先用液氦预制冷。现在还没有其他的物质可以像液氦一样制冷达到如此低温。  
    原因有二:液氦很重要的一点是在lambda(2.177K)点下腊橘具有超流属性,这里特指He4。超流是说He分子之间没有粘滞力。更重要的一点是lambda点以下热容为0。两个特性都是轮厅团量子特性,有兴趣的话可以去网上搜,这是朗道拿诺贝尔奖的工作。那对制冷有什么好处呢?由于热容为0,可以推出热导无穷大!也就是说当要对某热源制冷,He本身温度不上升,热量以无穷大的速度到液氦He表面散温。
    另外He的液化点是4.2K,通过降压减温(回忆下热力学里面的焦汤(J-T)过程)过程达到2k,继续用泵抽可以达到1.8K。这样的低温是其他气体达不到的。     现在的超导研究,或者超导加速器,超导磁铁如伏正CERN,JLAB,BNL,DESY等都是用液氦降温的,我们BNL的氦气罐可以说一望无际。
    而这些应用还不能用现在的高温超导来替代。因为要实现超导不单是要温度低,而且电场磁场都要低。所为小于临界电场,临界磁场,临界温度才能超导。那些高温超导体比起金属,在临界磁场一项上就呵呵了。
    所以在金属超导,及超低温(<1K)领域,液氦不可替代。
  3. 答:主流的制冷还是用液氦,可以直接用氦制冷,用3He/4He混合稀释制冷机,或者其他的一些利毕亮用He作为工质的制冷机,效率较高且方便。无桐数州液氦压缩制冷机在Low Temperature下还可以,但是到Ultra Low的情况下就显得局蔽效率低下了,人们还没有找到合适的方式(也可能最前沿已经有了,还希望大牛补充)另外有一种不太理解的方式,(电子)退磁制冷,基本思想是利用电子的自旋由于磁场的作用从整齐的排列变为混乱的排列,在这个过程中可以吸收一部分熵,由此实现制冷的过程。
问:无液氦核磁共振全球几台
  1. 答:1台。
    2023年2月15日铅迟御,美的医疗旗下万东医疗1.5T无液氦磁共振在北京积水潭医院新龙泽院区投入使用,这是全球首台旦正无液氦超导磁共振设备,因此目前全球只有一台无液氦核磁共振机。
    “无液氦磁共振系统”是由宁波市鑫高益医疗设备股份有限公司、宁波诺丁汉大学、国科大宁波华美医院共同研发的系统。2022年,获批创新医疗器械,系科技部重点研发计划项目转化成果,这是宁波首个正式取得医疗器械注槐岩册证的国家创新医疗器械产品。
问:除了氦气,有没有其他手段相对廉价的得到低温环境?
  1. 答:主流的制冷还是用液氦,可以直接用氦制冷,用3He/4He混合稀释制冷机,或者其他的一些利用He作为工质带巧尺的制冷机,效率较高且方便。无液氦压缩制冷机在Low Temperature下还可以,但是到Ultra Low的情况下就显得效率低下了,人们还没有找到合适的方式(也可能最前沿已经有了,还希望大牛补充)另外有一种不太理解的方式,(电子)退磁制冷,基本思想是利宽早用电子的自旋由于磁场的作用从蠢高整齐的排列变为混乱的排列,在这个过程中可以吸收一部分熵,由此实现制冷的过程。
  2. 答:回热式低温制冷机:GM,脉管等。不过野纯粗工质也是氦气(可能冷头有氦气液化),但是给压缩机供电就行。几k下有几W制冷量(1.5W@4K?)。冷却小型颂镇电子器件可以,多用于提供冷量对气化的液氦进行回收,如MRI之类的。核能发电厂,通氢气,吃了中子的话,最终可裤宏以变成氦,这个过程不需要核聚变.其实真正的核聚变,3个氦聚变,这之后所有的元素都可以制造出来.另一方面,液氦虽然会变贵,但毕竟不是消耗品,除了放飞气球,基本都是循环使用的.
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