亚开尔文制冷:稀释制冷
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发布时间：2024-10-17 16:16
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时间：2024-11-01 02:18
自Heinz London在1950年代提出稀释制冷机的概念以来，这个技术已取得了显著进步。1964年，莱顿大学实现了首次实验，曼彻斯特大学在1965年的3He-4He稀释制冷机成为突破，商业应用在1966年的牛津Oxford Instruments工厂诞生，可达到200毫开尔文的低温。60年间，稀释制冷机的性能不断提升，如今能以小型低温机驱动，无需外部液氦，即可实现4毫开尔文以下的低温。
稀释制冷机在科学研究中扮演了关键角色，从毫米级半导体冷却到重达吨级的引力波探测设备，甚至与50特斯拉的超导磁体结合，用于新型超导材料的研究。科学家们正在利用这种技术探索量子计算机、Majorana粒子及更多量子性质。
低温4K技术是稀释制冷的基础，传统上依赖液氦，但现在脉管制冷机更常见，简化操作并降低运行成本。4He蒸发冷却通过降低压力，利用潜热实现冷却，可达到约1.2 K，比外太空温度更低。
3He-4He混合物的独特性质对稀释制冷至关重要。3He的轻质和低潜热使得其在4He中的溶解度有限，这个特性在稀释过程中起着决定性作用。通过稀释过程，3He从浓相穿越相界面，类似于蒸发器的倒置，但冷却功率受费米液体的焓对温度的弱依赖性（T^2）所限。
稀释制冷机的4He背景只是作为稀释剂，3He的冷却是关键。通过蒸馏塔，利用蒸汽压差异，可以高效地从4He中去除3He，从而达到更低的温度。渗透压在这一过程中扮演了重要角色，驱动3He从混合室向蒸馏塔移动。
两种类型的稀释制冷机，“湿式”和“干式”，各有其特点。前者通过预冷管线和膜泵循环，后者则通过Joule-Thomson膨胀冷凝，都力求减小振动和优化冷却效率。
氦-3循环泵和稀释单元的设计，既要考虑热交换效率，又要减少氦-3消耗，同时确保系统长期稳定运行。稀释制冷机组件需要满足微振动要求，预冷机制则简化了样品更换流程并提高了冷却效率。
稀释制冷机在物理学领域有着重要贡献，如石墨烯、量子点研究和量子计算，其中的两个诺贝尔物理学奖成果都直接依赖于稀释制冷技术。这些成就证明了稀释制冷机在推动科学前沿的不可替代作用。
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时间：2024-11-01 02:20
自Heinz London在1950年代提出稀释制冷机的概念以来，这个技术已取得了显著进步。1964年，莱顿大学实现了首次实验，曼彻斯特大学在1965年的3He-4He稀释制冷机成为突破，商业应用在1966年的牛津Oxford Instruments工厂诞生，可达到200毫开尔文的低温。60年间，稀释制冷机的性能不断提升，如今能以小型低温机驱动，无需外部液氦，即可实现4毫开尔文以下的低温。
稀释制冷机在科学研究中扮演了关键角色，从毫米级半导体冷却到重达吨级的引力波探测设备，甚至与50特斯拉的超导磁体结合，用于新型超导材料的研究。科学家们正在利用这种技术探索量子计算机、Majorana粒子及更多量子性质。
低温4K技术是稀释制冷的基础，传统上依赖液氦，但现在脉管制冷机更常见，简化操作并降低运行成本。4He蒸发冷却通过降低压力，利用潜热实现冷却，可达到约1.2 K，比外太空温度更低。
3He-4He混合物的独特性质对稀释制冷至关重要。3He的轻质和低潜热使得其在4He中的溶解度有限，这个特性在稀释过程中起着决定性作用。通过稀释过程，3He从浓相穿越相界面，类似于蒸发器的倒置，但冷却功率受费米液体的焓对温度的弱依赖性（T^2）所限。
稀释制冷机的4He背景只是作为稀释剂，3He的冷却是关键。通过蒸馏塔，利用蒸汽压差异，可以高效地从4He中去除3He，从而达到更低的温度。渗透压在这一过程中扮演了重要角色，驱动3He从混合室向蒸馏塔移动。
两种类型的稀释制冷机，“湿式”和“干式”，各有其特点。前者通过预冷管线和膜泵循环，后者则通过Joule-Thomson膨胀冷凝，都力求减小振动和优化冷却效率。
氦-3循环泵和稀释单元的设计，既要考虑热交换效率，又要减少氦-3消耗，同时确保系统长期稳定运行。稀释制冷机组件需要满足微振动要求，预冷机制则简化了样品更换流程并提高了冷却效率。
稀释制冷机在物理学领域有着重要贡献，如石墨烯、量子点研究和量子计算，其中的两个诺贝尔物理学奖成果都直接依赖于稀释制冷技术。这些成就证明了稀释制冷机在推动科学前沿的不可替代作用。
