百瓦級，零下271℃！我國大型低溫製冷技術如何打破國外壟斷
◎科技日報記者 陸成寬
地球南北極的最低溫度都沒低於零下100℃，你能想像置身於零下271℃的環境里是什麼感受嗎？
4月16日，記者從中國科學院理化技術研究所獲悉，國家重大科研裝備研製項目「液氦到超流氦溫區大型低溫製冷系統研製」通過驗收及成果鑒定，這標誌著我國具備了研製液氦溫度（零下269℃）千瓦級和超流氦溫度（零下271℃）百瓦級大型低溫製冷裝備的能力，打破了發達國家的技術壟斷。
項目成果鑒定專家組認為，該項目整體技術達到國際先進水平，其中高穩定性離心式冷壓縮機技術和兆瓦級氦氣噴油式螺桿壓縮機技術達到國際領先水平。
五年攻關的背後是幾十年的技術積累
正如某些材料在特定溫度下，會出現電阻為零的超導現象一樣，一些材料在特定溫度下，也會出現流阻為零的超流現象。
當溫度低到零下271℃時，液氦就會變成超流氦。「此時，流阻變為零，而且還會出現杯子內的液氦能夠沿著杯子壁流到杯子外面等奇特現象。」項目首席科學家、中科院理化所研究員李青說。
液氦是製造超低溫的「神器」。液氦到超流氦溫區大型低溫製冷設備是氦資源開採、航天工程、氫能利用、以及大科學裝置運行不可替代的基礎支撐裝備。隨著社會經濟的高速發展，我國已成為大型低溫製冷設備的使用大國。
「然而，由於缺乏大型低溫製冷系統、關鍵子設備及集成技術，我國大型低溫製冷裝備長期被國外壟斷，幾乎全部依賴進口。」中科院理化所黨委副書記劉新建坦言。
為突破國外對我國大型氦低溫製冷技術封鎖，解決大型氦低溫製冷技術的瓶頸，攻克大型低溫製冷關鍵核心技術，2015年12月，中科院理化所開始啟動液氦到超流氦溫區大型低溫製冷設備的研製工作。
「該裝備的研製成功，不僅可以滿足大科學工程、航天工程、氦資源開發等國家戰略高技術發展的迫切需要，而且可以促進相關領域先進技術的發展。」劉新建自豪地說。
項目打造了「邊研究、邊應用、邊轉化」發展模式
李青介紹，大型低溫製冷裝備研製過程中，先後取得了一系列核心技術突破，包括大型低溫製冷系統整機設計體系構建及控制技術、系列化氦氣體軸承氦透平膨脹機技術、超流氦負壓換熱器技術、大型高效氦氣噴油螺桿壓縮機技術、高穩定性離心式冷壓縮機技術以及大型複雜低溫製冷系統集成與調試技術等。
與此同時，該項目在應用和成果轉化方面也獲得重要進展，打造了「邊研究、邊應用、邊轉化」的發展模式。2016年，依託於該重大科研裝備研製項目產生的核心技術，中科院理化所聯合社會資本共同創立科技成果轉化企業——北京中科富海低溫科技有限公司。
百瓦級大型制冷機實現了成功應用，包括用於寧夏鹽池液化天然氣閃蒸汽提氦項目，初步打通了我國氦資源開發的技術鏈條；應用於國內直線加速器；出口應用於韓國核聚變大科學裝置（KSTAR）等。得到用戶廣泛認可，支撐了相關行業的發展。
更重要的是，項目的成功實施，培育了20餘家優秀配套企業，通過與配套企業開展關鍵核心技術攻關，增強了企業的製造和創新能力，提升了企業工藝工程化水平，帶動了我國高端氦螺桿壓縮機、低溫換熱器和低溫閥門等行業的快速發展，提高了一批高科技製造企業的核心競爭力，使相關技術實現了從無到有、從低端到高端的提升，在我國初步形成了功能齊全、分工明確的低溫產業群。
「未來，我們將繼續開展萬瓦級制冷機和液化器技術攻關和裝備研製，為滿足量子科技發展和應用，布局mK級大冷量制冷機的研究。」劉新建說道。
來源：科技日報?文中圖片均由作者提供
編輯：黃磊
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終審：何屹
