低溫制冷：突破-253℃封鎖線

　　【中國制冷網】在企業林立的河北廊坊開發區，中國科學院理化技術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的第一臺萬瓦級液氫溫區低溫制冷設備。

　　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，這些年來國內低溫制冷項目的招標很多，但國內單位卻幾乎從來沒有中過標。“液氫溫區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品。國內沒有成型的設備，業主們誰都不愿意做第一個吃螃蟹的人。”

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

　　而這個讓厲彥忠“如鯁在喉”的問題，已經成為制約中國前沿科技研究、航空航天、高技術應用等行業的一個“瓶頸”。在《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（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，是發達國家對我國實行限制輸出的技術。

　　為打破長期受制于人的被動局面，掌握相關領域高技術發展的主動權，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，盡快實現大型低溫制冷設備自主的設計與制造，滿足國內急需。

　　“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權的“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。例如我國要發展的新一代運載火箭，傳統燃料已經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，更是馬虎不得。”

　　科研人員在幾十年低溫技術積累基礎上，突破了高速氦氣體軸承透平膨脹機穩定性技術、超低漏率板翅式低溫換熱器設計和制造技術、高精密油分離技術、氣動低溫調節閥制造技術以及系統集成調控技術5大關鍵技術，建成了這臺技術指標為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，該項目打破了發達國家對液氫溫區大型低溫制冷技術的壟斷，奠定了自主開發系列化產品的基礎，是自主研發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“熱”得發燙。目前，中科院內已有5、6家科研單位與該所簽訂了戰略合作框架協議，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（液氦/超流氦）的大型低溫設備研制，推動大型低溫制冷技術的持續發展。

　　中科院蘭州近代物理研究所黨委書記、研究員趙紅衛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，就會給環境帶來嚴重污染。”趙紅衛說，“我們現在要利用加速器反應堆將核廢料轉化成短壽命的同位素，但這種新技術的前提，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，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。