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，极寒量子计算和天文研究方面的新型实验通常要在接近绝对零度环境下进行，才能使最敏感的制冷仪器免受温度变化等因素干扰，这种温度被称为“极寒”（Big Chill）。高效但目前用来实现此类温度的实现制冷设备昂贵且低效。

现在，温度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，极寒将实现“极寒”温度的新型速度提升了1.7—3.5倍。这一成果不仅有望节省大量能耗，制冷而且能促进量子技术的高效发展。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。实现

传统家用冰箱通过蒸发和冷凝过程工作，温度驱动液体制冷剂通过一种名为“蒸发器盘管”的极寒特殊低压管道。制冷剂蒸发时会吸收热量，新型冷却冰箱内部，制冷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加快量子计算领域的创新。