271℃！超流氦溫區大型低溫製冷機實現“中國造”

4月15日，國家重大科研裝備研製（zhì）項目“液氦（hài）到超流氦溫區大型低溫製（zhì）冷係（xì）統（tǒng）研製”通過驗收及成果鑒定，意味著我國自主研發成功超流氦溫度（-271℃）大型低（dī）溫製冷裝備。

以中國科學院院士甘子釗為組長的驗收（shōu）專家組認為，這（zhè）一（yī）設備“全麵突破了大型氦（hài）低溫製冷裝備核心（xīn）技術”，“使我國大型液氦到超流氦溫區低溫製冷技術進入國際（jì）先進行列”。

這項由中國科學院理（lǐ）化（huà）技術研究所完成（chéng）的（de）成果，不（bú）僅突破了“卡脖子”關（guān）鍵技（jì）術，更順利實現（xiàn）產業化，帶動了（le）上下遊產業的發展，初步形成了功能齊全、分（fèn）工明（míng）確的低溫產業群（qún），為產學研深度融合的（de）技術創新體係的建立提供了（le）一個模板。

突破（pò）“卡脖子”技術（shù），我國自主研發出超（chāo）流氦大型低溫製冷裝備

氦是（shì）一（yī）種氣體，在-269℃會（huì）成為液體，到-271℃就會成為超（chāo）流（liú）氦，流阻變為（wéi）零，出現（xiàn）沿著杯壁流到杯外等奇特現象。

中國科學院（yuàn）理化技術研（yán）究所副書記、項目總指揮劉新建介紹：“液氦和超流氦在現代工業、能源、科學（xué）研究中有非常重要的作用，例如電子對撞機等大型科研設備的關鍵部件需要‘泡’在其中使（shǐ）用，而我們要開發氦（hài）氣資源，也必須將其液化。”

要想得到液（yè）氦或超流氦，就（jiù）需要低溫製冷（lěng）機。在實驗室（shì）中使用液氦或把溫度降低到接近絕對零度並製備超流氦不算是太大的難題，但要製備作為能源、資源或能夠大規模使用的液氦或超流氦卻並不容易——“我們可以把這個大型（xíng）低溫製（zhì）冷係統想象成一個大（dà）冰箱，這個‘大冰（bīng）箱’要把（bǎ）溫（wēn）度降低到-271℃，還（hái）要保證千（qiān）瓦級、白瓦級的（de）連續穩（wěn）定（dìng）工作。”項目首席（xí）科學家李青說，大（dà）型、連續（xù）穩定運行，這是一個世（shì）界性難題，“到-269℃之（zhī）後，溫度（dù）每下降（jiàng）1℃或功率每增加一個數量級，難度都將指數級地（dì）增（zēng）加（jiā），相關（guān）係統（tǒng）都需要重新設（shè）計，關鍵部件也要升級（jí）換型”。

隨著我國經濟（jì）實力和科技實力的增長，對大（dà）型低溫製冷（lěng）設備的需（xū）求也變得更為迫切。國際（jì）上主要有兩家國際企業能（néng）做這個溫區的大型低溫製冷機，我國大（dà）型低溫製（zhì）冷裝備多年來全部依賴進口。劉新建說：“其中很多關鍵（jiàn）核心部件和用於（yú）特殊領域的專用製冷設備都在發達（dá）國家的禁（jìn）運、禁售的名單上，能賣給我們（men）的，不僅價格昂貴，而且還（hái）有諸（zhū）多限製，是名副其（qí）實的‘卡（kǎ）脖子（zǐ）’技術。”

中科院（yuàn）理化所在（zài）低溫技術領域（yù）有深厚（hòu）的積累技術積累和人才儲備，經過5年多拚搏奮鬥，在液氫溫度20K（-253℃）製冷機的基礎（chǔ）上，自主研製出了技術指標為（wéi）2500W@4.5K和500W@2K的大型氦製冷機。項目（mù）首席科學家劉立強說（shuō）：“這意味著在液氦溫度4.2K，即-269℃能夠提供數千瓦製冷量，在超流氦溫度2K，即-271℃能夠提供數百瓦製冷量的大型低溫製冷機。”成果鑒定專家組認為，該項目整體技術達到國際（jì）先進水平（píng），其中高穩定性離心式冷壓縮機技術和兆瓦級氦（hài）氣噴油式螺杆壓縮機（jī）技術達到國際領先水平。

產學研深度融合，我國正在成為（wéi）低溫大型製冷設備製造的（de）“第（dì）三極”

大型低溫製冷係統是應用（yòng）性很強（qiáng）的設備，以往科研成果轉化的（de）先實（shí）驗室突（tū）破、再中試、再產業化的路徑難以滿足需求。中科（kē）院理化所在這一（yī）係統的研製過程中，創造性地采（cǎi）取了（le）“邊研究、邊應用、邊轉化”的發展模式。

研究人員（yuán）攻克關鍵核心技術的過（guò）程中，就加入“能否產業化”這個指標，關注的不是低溫或大功率的指標能“刷”到多高，而是能否實現長期（qī）穩定運行。劉立強說：“幾乎每一（yī）項（xiàng）技術或部件，都要在測試平（píng）台上‘跑’，不管實驗室指標有多好，隻（zhī）要不能通過測試，那就不能視為成功。”

在這樣的（de）模式（shì）指導（dǎo）下，產出科（kē）研成果時，就是產品下線時（shí）。“我們（men）這個項目啟動於2015年。2016年研究所就聯合社會資本共同創立科技成果（guǒ）轉（zhuǎn）化企（qǐ）業——北京中科富海低溫科技有限公司。”劉新建介紹，如今，百瓦（wǎ）級大型製冷機已經用於寧夏鹽池液化（huà）天然氣閃蒸汽提氦（hài）項目，初步打通了我國（guó）氦資源開發的技術鏈條，還出口到（dào）韓國，應用於韓國核聚變（biàn）大科學裝置（KSTAR）等。

驗收專家組認為，項目取得了包括大型低溫製冷係統整機設計體係構建及控製技術、係列化氣（qì）體軸承氦透平膨脹機技術等一係列核心技（jì）術的（de）突破，實現（xiàn）了（le）穩定、高效、自動（dòng）控製的運行係統，形成了大型氦低溫製冷係統集成與調試（shì）的工藝包。

這一項目的成功實施，還帶動了我國高端氦螺杆壓縮機、低溫（wēn）換熱器（qì）和低溫閥（fá）門等行業的（de）快速發（fā）展，提高了一批高科技製造企業的核心競（jìng）爭力，使相關技術實現了從無到有、從低（dī）端（duān）到高端的提升，在我國（guó）初步形成了功能齊全（quán）、分工明（míng）確的低溫產業群。

項目常務副總指揮龔領會（huì）說：“我們不可能自己生產所有部件，一個產業需（xū）要完善的上（shàng）下遊鏈條。”但（dàn）液氦到超流（liú）氦溫區大型製（zhì）冷設備（bèi）對相關配件的要求比較高，很（hěn）多關鍵部件根本買不到。中科院理化所與20多家企業聯合，通過合作研發、專利授權等方式，解決（jué）了關鍵部件的生產問（wèn）題。“目前，百瓦級（jí）大型製冷（lěng）機設備的國產化率能（néng）達到90%以上。”技（jì）術的更新換代也提升了企業的製造和創新能力，提高了企業的工藝工程化水平，讓企業在國際高端製造市場也能（néng）占（zhàn）據一席之地。

“目前，千瓦級的大型氦製冷機生產廠房已經在廣東（dōng）中山破土動工（gōng）；科研上，我們（men）布局了萬瓦級製冷機和液化器技術攻關和裝備研製，以及為了滿（mǎn）足量子科技發展和應用的mK級大冷量製冷機的研（yán）究。”劉新建介紹：“中國成為國際低溫（wēn）大型製冷設備（bèi）製造的‘第（dì）三極’的目標，未來可期！”

（光明日報記者齊（qí）芳）

《光明（míng）日報》（ 2021年04月28日09版）

來（lái）源： 光明（míng）網-《光明日報》