零下271℃！我國(guó)自主研發(fā)出超流氦大型低溫制冷裝備

4月16日，科技日?qǐng)?bào)記者從中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所獲悉，國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過(guò)驗(yàn)收及成果鑒定，我國(guó)具備了研制液氦溫度(－269℃)千瓦級(jí)和超流氦溫度(－271℃)百瓦級(jí)大型低溫制冷裝備的能力，打破了發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壟斷。

項(xiàng)目成果鑒定專家組認(rèn)為，該項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中高穩(wěn)定性離心式冷壓縮機(jī)技術(shù)和兆瓦級(jí)氦氣噴油式螺桿壓縮機(jī)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

五年攻關(guān)的背后是幾十年的技術(shù)積累

正如某些材料在特定溫度下會(huì)出現(xiàn)電阻為零的超導(dǎo)現(xiàn)象一樣，一些材料在特定溫度下，也會(huì)出現(xiàn)流阻為零的超流現(xiàn)象。

當(dāng)溫度低到－271℃時(shí)，液氦就會(huì)變成超流氦。“此時(shí)，流阻變?yōu)榱悖疫€會(huì)出現(xiàn)杯子內(nèi)的液氦能夠沿著杯子壁流到杯子外面等奇特現(xiàn)象。”項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院理化所研究員李青說(shuō)。

液氦是制造超低溫的“神器”。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)已成為大型低溫制冷設(shè)備的使用大國(guó)。

“然而，由于缺乏大型低溫制冷系統(tǒng)、關(guān)鍵子設(shè)備及集成技術(shù)，我國(guó)大型低溫制冷裝備長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，幾乎全部依賴進(jìn)口。”中科院理化所黨委副書記劉新建坦言。

2015年12月，中科院理化所開(kāi)始啟動(dòng)液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷設(shè)備的研制工作。“從中國(guó)科學(xué)院院士洪朝生，到中國(guó)科學(xué)院院士周遠(yuǎn)，在幾十年低溫技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，我們堅(jiān)持走自主創(chuàng)新道路，經(jīng)過(guò)5年多的拼搏奮斗，在液氫溫度(－253℃)制冷機(jī)的基礎(chǔ)上，今天終于自主研制出了技術(shù)指標(biāo)為2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷機(jī)。”李青說(shuō)。

“該裝備的研制成功，不僅可以滿足大科學(xué)工程、航天工程、氦資源開(kāi)發(fā)等國(guó)家戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的迫切需要，而且可以促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。”劉新建充滿自豪。

項(xiàng)目打造了“邊研究、邊應(yīng)用、邊轉(zhuǎn)化”發(fā)展模式

該項(xiàng)目在應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化方面也獲得重要進(jìn)展，打造了“邊研究、邊應(yīng)用、邊轉(zhuǎn)化”的發(fā)展模式。2016年，依托于該重大科研裝備研制項(xiàng)目產(chǎn)生的核心技術(shù)，中科院理化所聯(lián)合社會(huì)資本共同創(chuàng)立科技成果轉(zhuǎn)化企業(yè)——北京中科富海低溫科技有限公司。

百瓦級(jí)大型制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用，包括用于寧夏鹽池液化天然氣閃蒸汽提氦項(xiàng)目，初步打通了我國(guó)氦資源開(kāi)發(fā)的技術(shù)鏈條；應(yīng)用于國(guó)內(nèi)直線加速器；出口應(yīng)用于韓國(guó)核聚變大科學(xué)裝置(KSTAR)等，得到用戶廣泛認(rèn)可，支撐了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

更重要的是，項(xiàng)目的成功實(shí)施，培育了20余家優(yōu)秀配套企業(yè)，通過(guò)與配套企業(yè)開(kāi)展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，增強(qiáng)了企業(yè)的制造和創(chuàng)新能力，提升了企業(yè)工藝工程化水平，帶動(dòng)我國(guó)高端氦螺桿壓縮機(jī)、低溫?fù)Q熱器和低溫閥門等行業(yè)的快速發(fā)展，提高了一批高科技制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從低端到高端的提升，在我國(guó)初步形成了功能齊全、分工明確的低溫產(chǎn)業(yè)群。

“未來(lái)，我們將繼續(xù)開(kāi)展萬(wàn)瓦級(jí)制冷機(jī)和液化器技術(shù)攻關(guān)和裝備研制，為滿足量子科技發(fā)展和應(yīng)用，布局mK級(jí)大冷量制冷機(jī)的研究。”劉新建說(shuō)道。

本報(bào)記者 陸成寬