深低温脉管制冷机的最新研究进展(摘要)

摘要

与传统的回热式低温制冷机,如G-M和斯特林制冷机相比,脉管制冷机没有低温下的运动部件,因此具有结构简单、制造容易、机械振动和电磁噪声干扰小等突出优点,可望在空间技术、超导、通讯、军事等诸多领域获得广泛应用.本文首先回顾了最近几年来脉管制冷机研究与应用的最新进展,主要包括:1)采用氦-3为工质获得1.3K低温的二级分离型脉管制冷机;2)获得液氦温度的多级斯特林型脉管制冷机;3)获得13K低温的二级分离斯特林型脉管制冷机;4)面向超导应用的大制冷量斯特林型脉管制冷机;5)热声驱动的脉管制冷机等.此外,简要介绍美国低温工程会议CEC‘2005上我国青年科技工作者获奖情况.本文着重介绍了浙江大学在脉管制冷研究与应用方面取得的最新进展.主要包括:1)面向15-40K温区超导应用等需要,研制了大功率单级脉管制冷机,最低制冷温度达11.1K,这是单级脉管制冷机的最低制冷温度新纪录.该制冷机在20K和40K可分别提供大于19W和60W的制冷量.2)面向低温超导磁体冷却需要,研制了新型液氦温区分离型二级脉管制冷机.以6kW的输入功率,可以同时分别在4.2K和37.5K提供508mW和15W的制冷量.3)采用新型复合回热器材料GAP(GdAlO3)和GOS(Gd2O2S)提高了脉管制冷在液氦温区的制冷量和制冷效率达20％.研究表明,仅使用1.3kW的输入功率就可以在4.2K获得100mW的制冷量,最低制冷温度达2.19K,可基本满足小型超导磁体冷却的需要.4)为了进一步满足部分敏感测量如SQUID冷却的需要,首次提出采用磁性蓄冷材料降低脉管制冷机在液氦温区温度波动的新方法,利用该方法脉管制冷机的温度波动较传统方法可降低2-3个数量级,大大拓展了回热式低温制冷机的应用范围.5)浙江大学研制的液氦温区脉管制冷机部分核心技术已经于2004年4月转让给日本岩谷工业气体株式会社,这是日本低温产业第一次向包括中国在内的发展中国家购买核心技术.依托该技术生产的新型液氦温区脉管制冷机已于2005年4月问世.本文最后指出了脉管制冷研究与应用中存在的主要问题及今后的发展方向。