研究人员发现了一种令人惊讶的简单方法来制造低温冷却器
研究人员发现了一种令人惊讶的简单方法来制造低温冷却器
低温冷却的实际应用数量惊人。它被用来保存组织、卵子、精子甚至胚胎。它使 CAT 扫描仪、欧洲核子研究中心的大型粒子加速器和某些磁悬浮系统成为可能。它有数以百计的工程应用，为詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）提供了探测太空深处的非凡能力，也许有一天会成为实现核聚变动力或量子计算机的关键。在超低温条件下，一些奇怪的物理学原理开始发挥作用。例如，超导性允许电流以零电阻通过某些材料。超流动性允许某些液体（如氦气）在没有任何粘度的情况下流动，此时它似乎开始无视正常规则，爬上并越过容器的边沿。接近绝对零度时，量子现象会减慢到我们可以实际利用它们的程度，可以开始得到玻色-爱因斯坦凝聚体，在这种凝聚体中，原子团不再像个体那样行动，而是聚集在一起，并同步进入相同的量子态，开始像'超级原子'那样行动。但在绝对零度附近工作的一个问题是，达到这一温度既昂贵又耗时。40 多年来，脉冲管冰箱（PTR）一直是达到 4 ºK (-452 ºF, -269 ºC) 或绝对零度以上四度温度的首选技术。它是一种简单得令人惊讶的机器，工作原理与厨房里的冰箱大致相同。PTR 使用的是压缩气体，气体膨胀时会产生热量。不过，PTR 使用的不是氟利昂或异丁烷，而是氦气这使它能够将物体冷却到物理学的理论极限。它可以工作，但要达到理想的冷却效果，需要花费数天时间和大量能源。美国国家标准与技术研究院（NIST）研究员瑞安-斯诺德格拉斯（Ryan Snodgrass）和他的团队研究了 PTR 的工作原理，试图找出提高其效率的方法。他们发现，所需要的是一个令人惊讶的简单修复方法。研究小组发现，PTR 在接近绝对零度的温度下工作得非常好，但在室温下，也就是必须开始冷却的温度下，它的效率却很低。他们发现，在较高温度下，氦气的压力非常高，以至于氦气一直被分流到溢流阀中，而没有起到任何冷却作用。通过调换压缩机和冰箱之间的机械连接，然后调整阀门，使其在流程开始时处于大开状态，并在冷却过程中逐渐关闭，他们可以实现更高的效率，并将冷却速度提高一半到四分之一，而这一切都不会浪费宝贵的氦气。据该研究小组称，如果新型冰箱的原型能够投放市场，取代现有设备，那么每年可节省 2700 万瓦特的电能，为全球节约 3000 万美元的电费，以及足够填满 5000 个奥林匹克游泳池的冷却水。这将大大改变一系列超冷技术的成本/效益等式。这项研究发表在《自然通讯》上。 ...
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