低溫制冷：突破-253℃封鎖線

　　【中國制冷網(wǎng)】在企業(yè)林立的河北廊坊開發(fā)區(qū)，中國科學院理化技術(shù)研究所的幾座實驗樓乍看并不起眼。

　　但推門進去，卻別有洞天。一臺高約3米、長約6米、重達15噸的巨大科研設備橫臥在廠房里，天藍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”的設備全國僅此一臺。4月29日，由中科院理化所承擔的國家重大科研裝備“大型低溫制冷設備研制”項目在這里通過驗收，這意味著，中國終于有了自主研發(fā)的第一臺萬瓦級液氫溫區(qū)低溫制冷設備。

　　一個低溫專家的尷尬

　　西安交通大學教授厲彥忠是這次項目驗收組的專家之一，他告訴《中國科學報》記者，這些年來國內(nèi)低溫制冷項目的招標很多，但國內(nèi)單位卻幾乎從來沒有中過標。“液氫溫區(qū)低溫制冷設備一直被瑞士和法國兩家公司壟斷著，我國使用的幾乎全部是進口產(chǎn)品。國內(nèi)沒有成型的設備，業(yè)主們誰都不愿意做第一個吃螃蟹的人。”

　　作為國內(nèi)知名的低溫制冷專家，其實厲彥忠本人曾中過一個設計標，但業(yè)主z*后卻沒有用他的方案，還是去買了國外的產(chǎn)品。

　　而這個讓厲彥忠“如鯁在喉”的問題，已經(jīng)成為制約中國前沿科技研究、航空航天、高技術(shù)應用等行業(yè)的一個“瓶頸”。在《國家重大科技基礎設施建設中長期規(guī)劃（2012-2030年）》確定的16個重大專項中，有8項與低溫設備相關，特別是低溫運載火箭所需的萬瓦級低溫制冷技術(shù)，是發(fā)達國家對我國實行限制輸出的技術(shù)。

　　為打破長期受制于人的被動局面，掌握相關領域高技術(shù)發(fā)展的主動權(quán)，國家財政部及時部署了這一重大裝備研制任務。2011年10月，國家重大科研裝備研制項目“大型低溫制冷設備研制”（i期）立項，以期突破關鍵技術(shù)，盡快實現(xiàn)大型低溫制冷設備自主的設計與制造，滿足國內(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、“大型低溫制冷設備研制”項目s*席科學家李青開玩笑說自己是個“做冰棍的”，但建成這臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“大冰箱”，卻花了他們4年多時間。

　　“和高溫不同，低溫是有極限的。宇宙的z*低溫度是絕對零度，也就是零下273.16℃。”李青說，“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。例如我國要發(fā)展的新一代運載火箭，傳統(tǒng)燃料已經(jīng)滿足不了大運載量的需求，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，“需要付出極大的代價”。

　　科研人員選擇了液化溫度更低的氦來給氫降溫。“降溫的原理并不新，但要做到設備性能穩(wěn)定可靠，卻很不易。”李青說，“尤其是低溫設備應用的場合都是航空航天、大科學工程等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)積累基礎上，突破了高速氦氣體軸承透平膨脹機穩(wěn)定性技術(shù)、超低漏率板翅式低溫換熱器設計和制造技術(shù)、高精密油分離技術(shù)、氣動低溫調(diào)節(jié)閥制造技術(shù)以及系統(tǒng)集成調(diào)控技術(shù)5大關鍵技術(shù)，建成了這臺技術(shù)指標為10kw/20k、氦透平膨脹機絕熱效率≥70%的大型低溫制冷設備，綜合性能達到國際先進水平。

　　“這是一個零的突破。”厲彥忠說。專家一致認為，該項目打破了發(fā)達國家對液氫溫區(qū)大型低溫制冷技術(shù)的壟斷，奠定了自主開發(fā)系列化產(chǎn)品的基礎，是自主研發(fā)大型關鍵基礎裝備的成功范例。

　　向更“高冷”處邁進

　　事實上，在項目研制過程中，該所的低溫設備就已經(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，準備將低溫設備應用到各自的科研工作中。

　　驗收會當天，中科院啟動了大型低溫制冷設備的二期研制工作，將進行更低溫區(qū)（液氦/超流氦）的大型低溫設備研制，推動大型低溫制冷技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

　　中科院蘭州近代物理研究所黨委書記、研究員趙紅衛(wèi)就是專程趕來參加驗收會的用戶之一，他對二期研制工程充滿了期待。

　　“當前對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，其間一旦封裝材料遭到破壞，就會給環(huán)境帶來嚴重污染。”趙紅衛(wèi)說，“我們現(xiàn)在要利用加速器反應堆將核廢料轉(zhuǎn)化成短壽命的同位素，但這種新技術(shù)的前提，就是低溫，確切地說是4.2k以下的低溫。”

　　二期工程要將溫度降至4.2k~2k，在這個溫度下，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低溫團隊，還將向更“高冷”邁進。