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北京大学搭建出国际最低温度的无液氦消耗制冷机

北京大学搭建出国际最低温度的无液氦消耗制冷机

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  • 发布时间:2020-08-20 18:07
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【概要描述】温度是最基本的物理量之一,越低的温度越便于发现和观察细致丰富的量子力学现象。在低温物理的发展过程中,超导、超流、整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应等重要现象都是在低温环境下被意外发现的,并且许多有关量子力学的实验问题只能在低温条件下进行研究。制冷机,就是实现低温环境、开展量子物态研究的关键仪器设备。

北京大学搭建出国际最低温度的无液氦消耗制冷机

【概要描述】温度是最基本的物理量之一,越低的温度越便于发现和观察细致丰富的量子力学现象。在低温物理的发展过程中,超导、超流、整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应等重要现象都是在低温环境下被意外发现的,并且许多有关量子力学的实验问题只能在低温条件下进行研究。制冷机,就是实现低温环境、开展量子物态研究的关键仪器设备。

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温度是最基本的物理量之一,越低的温度越便于发现和观察细致丰富的量子力学现象。在低温物理的发展过程中,超导、超流、整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应等重要现象都是在低温环境下被意外发现的,并且许多有关量子力学的实验问题只能在低温条件下进行研究。制冷机,就是实现低温环境、开展量子物态研究的关键仪器设备。

从100多年前基于液体4He(氦的主要同位素)蒸发的制冷机开始,人们逐步在实验室中突破了大自然直接提供的温度下限——2.7K宇宙背景辐射。更低温度的制冷机逐渐在液体4He制冷机的基础上被研发出来,它们由液体4He提供前级制冷和前级低温环境保护。例如,稀释制冷机原本就是基于液体4He制冷机搭建的,它需要4K左右的低温环境保护,能实现约10mK的温度,现在是量子计算研究中常用的工具。核绝热去磁技术是目前能实现最低环境温度的制冷手段,它通常由稀释制冷机提供前级制冷,能够实现比稀释制冷机更低的温度。

随着低温技术的发展,取代液体4He的干式制冷技术逐渐成熟,制冷无液氦消耗化成为仪器研发的主流趋势。液氦作为一种战略资源,在国际上供应紧张。常规制冷机消耗液氦,就像交通工具消耗燃油,无液氦消耗的制冷技术,就是让制冷机只靠充电就能运转,而不再依靠稀缺的“燃油”——液氦。核绝热去磁制冷机是最后一个需要实现无液氦消耗化的制冷技术,这个技术的实现,将让量子力学的低温研究不再依赖于液氦的供应。

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