
九游(JIUYOU)研究人員發(fā)現(xiàn)了一種令人驚訝的簡(jiǎn)單方法來(lái)制造低溫冷卻器,這種冷卻器達(dá)到近絕對(duì)零度的速度比目前的設(shè)備快 3.5 倍,或耗能減少約 71%。這對(duì)于任何需要嚴(yán)重低溫的設(shè)備來(lái)說(shuō)都是個(gè)好消息。

低溫冷卻的實(shí)際應(yīng)用數(shù)量驚人。它被用來(lái)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(jì)的工程應(yīng)用,為詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)提供了探測(cè)太空深處的非凡能力,也許有一天會(huì)成為實(shí)現(xiàn)核聚變動(dòng)力或量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。
在超低溫條件下,一些奇怪的物理學(xué)原理開(kāi)始發(fā)揮作用。例如,超導(dǎo)性允許電流以零電阻通過(guò)某些材料。超流動(dòng)性允許某些液體(如氦氣)在沒(méi)有任何粘度的情況下流動(dòng),此時(shí)它似乎開(kāi)始無(wú)視正常規(guī)則,爬上并越過(guò)容器的邊沿。
接近絕對(duì)零度時(shí),量子現(xiàn)象會(huì)減慢到我們可以實(shí)際利用它們的程度,可以開(kāi)始得到玻色九游體育官方-愛(ài)因斯坦凝聚體,在這種凝聚體中,原子團(tuán)不再像個(gè)體那樣行動(dòng),而是聚集在一起,并同步進(jìn)入相同的量子態(tài),開(kāi)始像超級(jí)原子那樣行動(dòng)。
但在絕對(duì)零度附近工作的一個(gè)問(wèn)題是,達(dá)到這一溫度既昂貴又耗時(shí)。40 多年來(lái),脈沖管冰箱(PTR)一直是達(dá)到 4 oK (-452 oF, -269 oC) 或絕對(duì)零度以上四度溫度的首選技術(shù)。它是一種簡(jiǎn)單得令人驚訝的機(jī)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(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量。不過(guò),PTR 使用的不是氟利昂或異丁烷,而是氦氣--這使它能夠?qū)⑽矬w冷卻到物理學(xué)的理論極限。它可以工作,但要達(dá)到理想的冷卻效果,需要花費(fèi)數(shù)天時(shí)間和大量能源。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)研究員瑞安-斯諾德格拉斯(Ryan Snodgrass)和他的團(tuán)隊(duì)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(gè)令人驚訝的簡(jiǎn)單修復(fù)方法。研究小組發(fā)現(xiàn),PTR 在接近絕對(duì)零度的溫度下工作得非常好,但在室溫下,也就是必須開(kāi)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(méi)有起到任何冷卻作用。通過(guò)調(diào)換壓縮機(jī)和冰箱之間的機(jī)械連接,然后調(diào)整閥門,使其在流程開(kāi)始時(shí)處于大開(kāi)狀態(tài),并在冷卻過(guò)程中逐漸關(guān)閉,他們可以實(shí)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(huì)浪費(fèi)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(chǎng),取代現(xiàn)有設(shè)備,那么每年可節(jié)省 2700 萬(wàn)瓦特的電能,為全球節(jié)約 3000 萬(wàn)美元的電費(fèi),以及足夠填滿 5000 個(gè)奧林匹克游泳池的冷卻水。這將大大改變一系列超冷技術(shù)的成本/效益等式。
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