新型制冷机可高效实现“极寒”温度

据美国趣味科学网站27日报道，量子计算和天文研究方面的实验通常要在接近绝对零度环境下进行，才能使最敏感的仪器免受温度变化等因素干扰，这种温度被称为“极寒”（Big Chill）。但目前用来实现此类温度的制冷设备昂贵且低效。

现在，美国国家标准与技术研究所（NIST）科学家研制出一种新型制冷机，将实现“极寒”温度的速度提升了1.7—3.5倍。这一成果不仅有望节省大量能耗，而且能促进量子技术的发展。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

传统家用冰箱通过蒸发和冷凝过程工作，驱动液体制冷剂通过一种名为“蒸发器盘管”的特殊低压管道。制冷剂蒸发时会吸收热量，冷却冰箱内部，然后蒸发的冷却剂通过压缩机再变回液体。脉冲管制冷机（PTR）也是通过类似过程，但利用氦气获得了更好的吸热能力。

科学家使用PTR制冷已有40多年。但NIST科学家指出，这种制冷机效率低下，仅在基本温度（通常接近4开尔文）下才能获得最佳性能。实现“极寒”温度会消耗大量能量，而且需要很长时间。

在最新研究中，NIST团队发现，调整压缩机和制冷装置的设计，可以提高PTR内氦气的使用效率。他们的设计方案包括一个阀门，当温度下降时，该阀门会收缩，防止氦气浪费。结果显示，改进后PTR实现“极寒”温度的速度提高了1.7—3.5倍。

研究人员指出，这种制冷机每年可以节省2700万瓦的电力，使全球能耗费用缩减3000万美元，还能使“低温地下罕见事件观测站”（CUORE）的实验耗时至少缩短一周。CUORE位于意大利，用于寻找罕见事件，如目前仅理论证实的放射性衰变形式。为了让实验设施得到更准确结果，背景干扰必须尽可能小。此外，由于量子比特非常敏感，需要将它们尽可能地与环境干扰隔离，因此新型制冷机也有助于加快量子计算领域的创新。（记者 刘霞）