低溫專題 | 如何獲得低溫（一)

真空技術(shù)和低溫技術(shù)都是通用性很強的科學(xué)，它們之間存在著密不可分的關(guān)系，主要是獲得低溫的方法有很多，大致可分為物理方法和化學(xué)方法兩類，而絕大多數(shù)制冷方法屬物理方法，其中常用的有氣體絕熱膨脹制冷和相變制冷，另外還有渦流制冷、絕熱放氣制冷、溫差熱電制冷、頂磁鹽或絕熱退磁制冷、3He和4He稀釋制冷、3He絕熱壓縮制冷、吸附制冷等。這一些制冷方法大多應(yīng)用于超低溫溫區(qū)。下面簡單介紹這些方法的制冷原理。

1. 相變制冷

這是利用物質(zhì)在相變時的吸熱效應(yīng)來制冷的一種方法。如固體轉(zhuǎn)變成液體時的熔解熱，固體直接變成氣體時的升華熱，液體生成氣體時的蒸發(fā)熱(也包括減壓蒸發(fā)，如3He減壓蒸發(fā))等，利用在這些相變過程中要吸收熱量來達(dá)到制冷的目的。費勉公司自主設(shè)計的開循環(huán)制冷器就是利用液氦或液氮的汽化吸熱來制冷的。

【圖1】 常見低溫液體的工作溫區(qū)

【表1】四種低溫液體的汽化潛熱

【表2】液氮的蒸汽壓與溫度的對應(yīng)關(guān)系

【圖2】 He-3 Cryostat

2. 氣體等焓膨脹制冷

氣體在一定壓力與溫度下，通過節(jié)流閥或膨脹機等焓膨脹時，它的溫度會降低，甚至還會液化。該種制冷方法在氣體的液化與分離，以及氣體制冷機中應(yīng)用最廣。費勉公司自主研發(fā)的GM-JT制冷機的JT冷頭就是等焓膨脹制冷。

【圖3】JT制冷機原理圖

【圖4】JT制冷機

3. 絕熱放氣制冷

當(dāng)容器中一定量的汽化氣體通過控制閥向環(huán)境介質(zhì)絕熱放氣(或用真空抽氣)時，則殘留在容器中的氣體將要向放出的氣體作推動功，消耗它本身的一部分熱力學(xué)能(內(nèi)能) ，因而溫度降低。這也是氣體制冷機的原理之一。費勉公司的閉循環(huán)樣品架是利用GM制冷機來提供冷量，而GM制冷機就是通過高壓氦氣的絕熱膨脹吸熱來制冷的。

【圖5】 GM制冷機

通過相變制冷、氣體等焓膨脹制冷、絕熱放氣制冷三種方式來改變溫度，從而達(dá)到我們需要的低溫。如果你還有其它的方法可以獲得低溫，歡迎微信公眾號留言，分享你獲得低溫的方法。