低溫技術(shù)及其應(yīng)用

1、低溫技術(shù)及其應(yīng)用關(guān)鍵詞：低溫奇跡，低溫技術(shù)，低溫的產(chǎn)生1、引言低溫技術(shù)不僅與人們當(dāng)代高質(zhì)量生活息息相關(guān)，同時與世界上許 多尖端科學(xué)研究（諸如超導(dǎo)電技術(shù)、航天與航空技術(shù)、高能物理、受 控?zé)岷司圩?、遠(yuǎn)紅外探測、精密電磁計(jì)量、生物學(xué)和生命科學(xué)等）密不可分。在超低溫條件下，物質(zhì)的特性會出現(xiàn)奇妙的變化：空氣變成 了液體或固體；生物細(xì)胞或組織可以長期貯存而不死亡； 導(dǎo)體的電阻 消失了 一一超導(dǎo)電現(xiàn)象而磁力線不能穿過超導(dǎo)體 一一完全抗磁現(xiàn)象； 液體氨的黏滯性幾乎為零 一一超流現(xiàn)象，而導(dǎo)熱性能比高純銅還好。 下面我將主要介紹低溫奇跡、低溫技術(shù)的應(yīng)用和低溫是如何產(chǎn)生的。2、低溫世界的奇跡低溫的世界就像童話里的世

2、界，各種物質(zhì)在低溫下會呈現(xiàn)奇特 的景象：在-190 C以下的低溫下：空氣會變成淺藍(lán)色的液體，叫做“液 態(tài)空氣”；若把梨子在液態(tài)空氣里浸過，它會變得像玻璃一樣脆：石 蠟在液態(tài)空氣里，像螢火蟲一樣發(fā)出熒光。如果把雞蛋放進(jìn)-190 C的 盒子中，能產(chǎn)生淺藍(lán)色的熒光，摔在地上會像皮球一樣彈起。在-100C 到-200 C的環(huán)境里，汽油、煤油、水銀、酒精都會變成硬邦邦的固體； 二氧化碳則變成了雪白的結(jié)晶體，平時富有彈性的橡皮變得很脆，鋼 鐵也變成了 “豆腐”；酒精會變得像石頭一樣硬，塑料會像玻璃一樣 脆；鮮艷的花朵會像玻璃一樣亮閃閃，輕輕地一敲，發(fā)出“叮當(dāng)”響。從魚缸撈出一條金魚放進(jìn)-190 C的液體中

3、，金魚就變得硬梆梆，晶瑩 透明，仿佛水晶玻璃制成的工藝品，再將這“玻璃金魚”放回魚缸的 水中，金魚說不定會復(fù)活。超導(dǎo)與超流：隨著溫度降低，室溫時的氣態(tài)物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成液 態(tài)、固態(tài)。如果升高溫度（數(shù)百萬度），氣態(tài)可以轉(zhuǎn)化為等離子態(tài)，所 有原子和分子游離成帶電的電子和正離子， 人們稱等離子態(tài)為物質(zhì)的 第四態(tài)。一些金屬、合金、金屬間化合物和氧化物，當(dāng)溫度低于臨界 溫度時出現(xiàn)超導(dǎo)電性（即零電阻現(xiàn)象）和完全抗磁性（把磁力線完全排 除出體外現(xiàn)象）。液氨溫度低于零下271度時還出現(xiàn)超流現(xiàn)象，液體 的黏滯度幾乎為零，杯子內(nèi)的液氨會沿器壁爬到杯子下面， 液體的傳 熱系數(shù)比銅還好。上述兩種現(xiàn)象可稱為超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)，

4、人們把超導(dǎo) 態(tài)和超流態(tài)稱為物質(zhì)的第五態(tài)。我的猜想：低溫世界竟有這么多的奇跡，這也許可以促使人們在 低溫下進(jìn)行特種物質(zhì)的合成或者進(jìn)行一些常溫下難以進(jìn)行的科學(xué)研 究。如果在低溫環(huán)境可以更簡單的達(dá)到， 那么也許就會徹底改變我們 這個世界的現(xiàn)貌，引發(fā)另一次的技術(shù)革命。3、低溫在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用能源研究與技術(shù)：能源是人類社會賴以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，開 發(fā)受控?zé)岷司圩兡茉徽J(rèn)為是徹底解決人類能源的根本途徑，因?yàn)槊抗_海水含有的氫同位素笊和笳的聚變能相當(dāng)于 300公斤汽油。聚變 實(shí)驗(yàn)裝置裝容等離子體的真空室在放電前要求很高真空度，采用低溫 泵是最佳選擇。此泵可以用液氨致冷，也可用微型制冷機(jī)供冷。目前the

5、problem.The pur poseofsupervi sion,toresolve thepr oblem. oa dher e to andfurtherimpr ovethe世界上運(yùn)行的高溫氣冷裂變堆用氦氣作為傳熱工質(zhì)，據(jù)說為純化氦氣每年得花費(fèi)100 萬美元的液氮。在能源技術(shù)領(lǐng)域超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)技術(shù)還有更廣泛用途，如超導(dǎo)電動機(jī)和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電感電力貯能、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電力傳輸線， 上述超導(dǎo)電力工程應(yīng)用是利用超導(dǎo)的零電阻特性來提高效率，多數(shù)已有樣機(jī)投入試運(yùn)行；而用高溫超導(dǎo)材料制造的故障電流限制器則利用超導(dǎo)材料的臨界特性和其失超后電阻變化很大的原理。天然氣是當(dāng)前主要能源之一，當(dāng)它降溫

6、至零下162 度時變成液體，體積縮小約640 倍， 從而便于運(yùn)輸，大型運(yùn)輸液化天然氣的船泊可裝運(yùn)125,000m3（5萬噸級 ）。天然氣的液化、液化天然氣的貯存和運(yùn)輸可謂是大型低溫工程。航空與航天技術(shù)：低溫使室溫下氣體轉(zhuǎn)化成液體，氣體液化后其密度增加幾百倍，液化后的氣體必須在絕熱良好的容器里保存，容器的重量比起用壓力容器裝容同等質(zhì)量的氣體方法要減輕許多。因此液氧和液氫常常作為推進(jìn)火箭使用的燃料，火箭是人們探索宇宙所必需的運(yùn)載工具。第二次世界大戰(zhàn)時發(fā)射的火箭已用液氧和酒精或煤油作為燃料，到二十世紀(jì)五十年代液氫取代酒精/煤油成為火箭燃料，因?yàn)樗谋葲_量比煤油大30%。一架宇宙飛船的推進(jìn)火箭攜帶的液

7、氧多達(dá)530小，液氫1438吊。這些低溫燃料還起到冷卻火箭外殼，使它與大氣高速摩擦?xí)r不被燒蝕。有人研究用液氫與甲烷固液混合物作為近音速和遠(yuǎn)超音速飛機(jī)的燃料，因?yàn)榈蜏厝剂峡梢岳鋮s飛機(jī)表面。廣漠無際的宇宙空間是高真空極低溫環(huán)境，在飛船上天之前必需eelings surve y,byl ooking up public sentiment s to find probl ems. Pr oblem s willincrease its spe cialsupervi sion,setupaccounts,hol don to it.We shouldconscienti ously im pleme

8、ntthe leadi ngcontractingmatters, secured,hadananswertoeverythi ng,the nsettles rateof 100%. Have an impactonsomeoftheoutstandi ng issues, supervisi on departmentsa nd i nformation com ponentstoget her,playthe supervisory role of the newsmedi atoprom oteproblem solving. Investee3.insist ona dailyrun

9、,around t he pra ctice oftruth catching efficiency,focusspecification.Togivefull playtothe partyOffice aroundconnecting,coordinatinginternala nd exter nalfeatures,contact,rally atalllevels,tomotivateevery aspect, adheretothetruth,strengtheningstandar dized managementto a chi eve cohere nt,efficienta

10、nd effective functioning of thedailyworkofthe PartyCommittee.Is processingmessagesshouldstrivetostreamline,standardizeand qualit y.Streamlining is to controlthe number of 在模擬環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，這對于保證宇宙飛船的安全十分重要。 這人 工的空間模擬環(huán)境的獲得必需依靠低溫技術(shù)， 低溫技術(shù)不僅使巨大的 模擬器（數(shù)百立方米容積真空罐）內(nèi)達(dá)到足夠低的溫度，還利用低溫泵 原理獲得高真空。超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的一個可能應(yīng)用領(lǐng)域是航天器的發(fā)射，使

11、它在離 開地面時已具有很高的速度，因?yàn)檫@加速由地面供給能源，從而減少 了火箭需攜帶的燃料。太空探測儀器要求低溫致冷，因?yàn)樘丈钐幍臏囟鹊瓦_(dá) 3.5K,遠(yuǎn) 紅外輻射非常非常微弱，探測超寬紅外輻射帶儀器需要用 1.8K超流 氨冷卻。超導(dǎo)體除了零電阻特性外，另一個奇妙特性是完全抗磁性。無論 是超導(dǎo)線繞成的閉合線圈或塊狀超導(dǎo)材料都排斥磁力線穿過，或者說磁場排斥超導(dǎo)體。利用這完全抗磁性可以制造無摩擦軸承，制造超導(dǎo) 陀螺儀，因?yàn)闊o摩擦軸承使陀螺儀以每分鐘幾萬轉(zhuǎn)速度高速旋轉(zhuǎn)，無論航空器或航天器的飛行如何方向變化，超導(dǎo)陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸指向保 持不變。低溫/超導(dǎo)電子學(xué)低溫能降低電子器件的噪聲，在遠(yuǎn)紅外探測技術(shù)必需

12、用3880K微 型制冷機(jī)來提高微弱信號的聲噪比，如氣象衛(wèi)星上用來測定海水表面 層溫度分布、云層分布及溫度的紅外輻射儀，用于測定物質(zhì)比輻射率 以確定宇宙星體構(gòu)造的紅外分光光度儀；探測地層中礦藏分布和資 源的紅外多光譜掃描儀，防空預(yù)警系統(tǒng)中導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的紅外探測the problem.The pur poseofsupervi sion,toresolve thepr oblem. oa dher e to andfurtherimpr ovethe器。在低溫下利用約瑟夫遜效應(yīng)量子器件可精確地測量極微弱磁場變化，有人已將約瑟夫遜效應(yīng)記錄人的腦磁圖，用來診斷某些疾病。也有人利用超導(dǎo)微電子器件制造速度

13、更快的計(jì)算機(jī)。所有超導(dǎo)電子器件都以超導(dǎo)隧道效應(yīng)為基礎(chǔ)，已發(fā)展成一門前景燦爛的學(xué)科，預(yù)計(jì)到 2020 年在信息技術(shù)領(lǐng)域，超導(dǎo)應(yīng)用的產(chǎn)值占46%。4、低溫的產(chǎn)生：現(xiàn)代的制冷技術(shù)最普遍的方法是消耗消耗機(jī)械功來制取冷量。壓縮機(jī)先把制冷工質(zhì)（可以是氨、氟里昂、空氣、氫氣、氦氣或其他氣體 ） 壓縮，用冷卻水或風(fēng)冷把壓縮氣體的發(fā)熱帶走；經(jīng)換熱器預(yù)冷后的壓縮氣體工質(zhì)經(jīng)膨脹機(jī)膨脹降溫制冷或通過節(jié)流閥降溫。用氨作為制冷工質(zhì)，最冷能達(dá)到零下33.5 ，用氟里昂 -14 最低能達(dá)零下128。最低溫度是以制冷工質(zhì)的凝固點(diǎn)為限，用氦氣作為制冷工質(zhì)可以達(dá)到零下271。1823年英國科學(xué)家法拉第采用加壓與冷卻方法液化了二氧化

14、碳，1877 年利用同樣方法使氧氣液化，1885 年德國科學(xué)家林德利用氣體的狹口膨脹效應(yīng)發(fā)展制冷技術(shù)，達(dá)到零下190使空氣液化；隨后又實(shí)現(xiàn)了氮?dú)夂蜌錃獾囊夯?908年荷蘭科學(xué)家荷蘭科學(xué)家卡曼林-昂內(nèi)斯液化了溫度最低的氦氣?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了其他制冷方法，諸如半導(dǎo)體溫差制冷，渦流管制冷，吸收式制冷，脈沖管制冷，太陽能光- 電轉(zhuǎn)換制冷和光-熱轉(zhuǎn)換制冷等等；在極低溫領(lǐng)域還有3He-4He的稀釋制冷（可達(dá)絕對溫 度103K）,順磁鹽絕熱去磁制冷（可達(dá)103K溫度）和核去磁制冷（可達(dá)eelings surve y,byl ooking up public sentiment s to find pr

15、obl ems. Pr oblem s willincrease its spe cialsupervi sion,setupaccounts,hol don to it.We shouldconscienti ously im plementthe leadi ngcontractingmatters, secured,hadananswertoeverything,thensettles rateof 100%. Have an impactonsomeoftheoutstanding issues, supervisi on departmentsa nd i nformation co

16、m ponentstoget her,playthe supervisory role of the newsmedi atoprom oteproblem solving. Investee3.insist ona dailyrun,around t he pra ctice oftruth catching efficiency,focusspecification.Togivefull playtothe partyOffice aroundconnecting,coordinatinginternala nd exter nalfeatures,contact,rally atalll

17、evels,tomotivateevery aspe ct, adheretothetruth,strengtheningstandar dized managementto a chi eve cohere nt,efficientand effective functioning of thedailyworkofthe PartyCommittee.Is pr ocessingmessages shouldstrivetostreamline,standardizeand qualit y.Streamlining is to controlthenumber of 到10-6-10-8

18、K低溫）等方法。我的想法：在逼近絕對零度的道路上我們永遠(yuǎn)也沒有盡頭，而接 近絕對零度的過程，實(shí)際上就是我們?nèi)祟悓τ谧陨淼囊粋€不斷超越， 同時，這對工程上和理論上而言都具有重要的意義。5、結(jié)語：低溫技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛，在科學(xué)研究領(lǐng)域也十分活 躍，是一個跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的重要課題，需要我們不斷的去探索。去 探索如何逼近絕對零度，去探索物質(zhì)在低溫世界更多的奇妙性質(zhì)。參考文獻(xiàn)<1>關(guān)于低溫的概念、技術(shù)和應(yīng)用畢延芳 2001/5/202低溫世界的奇跡messages, compress messages,reducing procedures, impr ove message handl

19、ing efficie ncy.Specificati ons,is to stri ctlyenforcet heba n issued by theCommuni stparty aut horitiesi n document ha ndlingregulati ons andprovi nciala nd m uni cipalreg ulations,conscie ntiouslystrengt hena nd improve communications management to ensurethatparty d ocuments orderl y.High quality,

20、isto im provethe quality ofmessagepr ocessing,it i sne cessaryt o accurately impleme nting the i ntenti on ofthe PartyCommittee,cl earance, good communi cations, policy program close d,ensuri ng thatthere i s no err or.Second meeting schedul ed toe nsurethor ough,safe andefficient.Any arrangementsfo

21、rthe meetingsandevents,carefullyarranged,item-by-iteminterface implemented,sure.Tovigorouslystreamlinemeetings,activitie s,num berofpressure reduction, scaletoensur ethatleadershipemergedfromtheGeneralConferencea nde ntertainmentservices,focusonbig thi ngs,matters.T hird,re cepti onservicesshould la

22、ystresson humane,personal,culturalandhuman.Recepti on a ndw orkdire ctly withpeople,reception services directlyaffecting theOfficeof party CommitteeTheimageofthe region.Atthesametimestrengthening theconstr uction ofli brary,impr ovethe re cepti on conditions,mor e human-ori ented, personal,cult uralwork int othe re cep