零下271℃！我國自主研發出超流氦大型低溫制冷裝備

4月16日，科技日報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制項目“液氦到超流氦溫區大型低溫制冷系統研制”通過驗收及成果鑒定，我國具備了研制液氦溫度(－269℃)千瓦級和超流氦溫度(－271℃)百瓦級大型低溫制冷裝備的能力，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。

五年攻關的背后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－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。

液氦是制造超低溫的“神器”。隨著社會經濟的高速發展，我國已成為大型低溫制冷設備的使用大國。

“然而，由于缺乏大型低溫制冷系統、關鍵子設備及集成技術，我國大型低溫制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。

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制冷設備的研制工作。“從中國科學院院士洪朝生，到中國科學院院士周遠，在幾十年低溫技術積累的基礎上，我們堅持走自主創新道路，經過5年多的拼搏奮斗，在液氫溫度(－253℃)制冷機的基礎上，今天終于自主研制出了技術指標為2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷機。”李青說。

“該裝備的研制成功，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。”劉新建充滿自豪。

項目打造了“邊研究、邊應用、邊轉化”發展模式

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，依托于該重大科研裝備研制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，包括用于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；應用于國內直線加速器；出口應用于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余家優秀配套企業，通過與配套企業開展關鍵核心技術攻關，增強了企業的制造和創新能力，提升了企業工藝工程化水平，帶動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，提高了一批高科技制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制，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。

本報記者 陸成寬