
九游(JIUYOU)研究人員發(fā)現(xiàn)了一種令人驚訝的簡單方法來制造低溫冷卻器,這種冷卻器達到近絕對零度的速度比目前的設備快 3.5 倍,或耗能減少約 71%。這對于任何需要嚴重低溫的設備來說都是個好消息。

低溫冷卻的實際應用數(shù)量驚人。它被用來保存組織、卵子、甚至胚胎。它使 CAT 掃描儀、歐洲核子研究中心的大型粒子加速器和某些磁懸浮系統(tǒng)成為可能。它有數(shù)以百計的工程應用,為詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)提供了探測太空深處的非凡能力,也許有一天會成為實現(xiàn)核聚變動力或量子計算機的關鍵。
在超低溫條件下,一些奇怪的物理學原理開始發(fā)揮作用。例如,超導性允許電流以零電阻通過某些材料。超流動性允許某些液體(如氦氣)在沒有任何粘度的情況下流動,此時它似乎開始無視正常規(guī)則,爬上并越過容器的邊沿。
接近絕對零度時,量子現(xiàn)象會減慢到我們可以實際利用它們的程度,可以開始得到玻色九游體育官方-愛因斯坦凝聚體,在這種凝聚體中,原子團不再像個體那樣行動,而是聚集在一起,并同步進入相同的量子態(tài),開始像超級原子那樣行動。
但在絕對零度附近工作的一個問題是,達到這一溫度既昂貴又耗時。40 多年來,脈沖管冰箱(PTR)一直是達到 4 oK (-452 oF, -269 oC) 或絕對零度以上四度溫度的首選技術。它是一種簡單得令人驚訝的機器,工作原理與廚房里的冰箱大致相同。

PTR 使用的是壓縮氣體,氣體膨脹時會產生熱量。不過,PTR 使用的不是氟利昂或異丁烷,而是氦氣--這使它能夠將物體冷卻到物理學的理論極限。它可以工作,但要達到理想的冷卻效果,需要花費數(shù)天時間和大量能源。
美國國家標準與技術研究院(NIST)研究員瑞安-斯諾德格拉斯(Ryan Snodgrass)和他的團隊研究了 PTR 的工作原理,試圖找出提高其效率的方法。他們發(fā)現(xiàn),所需要的是一個令人驚訝的簡單修復方法。研究小組發(fā)現(xiàn),PTR 在接近絕對零度的溫度下工作得非常好,但在室溫下,也就是必須開始冷卻的溫度下,它的效率卻很低。

他們發(fā)現(xiàn),在較高溫度下,氦氣的壓力非常高,以至于氦氣一直被分流到溢流閥中,而沒有起到任何冷卻作用。通過調換壓縮機和冰箱之間的機械連接,然后調整閥門,使其在流程開始時處于大開狀態(tài),并在冷卻過程中逐漸關閉,他們可以實現(xiàn)更高的效率,并將冷卻速度提高一半到四分之一,而這一切都不會浪費寶貴的氦氣。
據(jù)該研究小組稱,如果新型冰箱的原型能夠投放市場,取代現(xiàn)有設備,那么每年可節(jié)省 2700 萬瓦特的電能,為全球節(jié)約 3000 萬美元的電費,以及足夠填滿 5000 個奧林匹克游泳池的冷卻水。這將大大改變一系列超冷技術的成本/效益等式。
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