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    日前，由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員李來(lái)風(fēng)、龔領(lǐng)會(huì)帶領(lǐng)的低溫材料及低溫技術(shù)研究中心與京安古貝（北京）科技有限公司聯(lián)合，采用五臺(tái)G-M制冷機(jī)做冷源，成功研制出世界首臺(tái)70升/天的4.2K G-M制冷機(jī)做冷源的小型氦液化器，其氦液化率達(dá)到73升/天（4.21K）、87升/天（4.5K）。經(jīng)過(guò)對(duì)裝置的真空絕熱、輸液管結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，該裝置近日運(yùn)行測(cè)試，成功獲得了95升/天（4.2K）、105升/天（4.5K）的氦液化率，這一指標(biāo)達(dá)到了采用小型低溫制冷機(jī)做冷源的同類(lèi)小型氦液化裝置的世界最好水平。據(jù)了解，該氦液化裝置將于11月底安裝于我國(guó)蘭州重離子加速器離子源裝置。
 
    氦氣是稀有氣體，主要存在于天然氣中。即使是氦氣含量很低的天然氣，也比空氣中氦氣含量高數(shù)萬(wàn)倍，因此仍是目前世界上氦氣的主要來(lái)源。其中，美國(guó)氦氣資源占50%以上，我國(guó)僅占0.2%。
 
    氦氣在衛(wèi)星飛船發(fā)射、導(dǎo)彈武器工業(yè)、低溫超導(dǎo)研究、半導(dǎo)體生產(chǎn)等方面具有重要用途，我國(guó)近年來(lái)對(duì)氦氣的需求量越來(lái)越大。受制于氦氣資源匱乏、提取氦氣的成本較高，我國(guó)在需求上一直依賴(lài)進(jìn)口。2007年，美國(guó)將氦氣核定為戰(zhàn)略物資而限制粗氦產(chǎn)量，導(dǎo)致全球液氦價(jià)格由原來(lái)60～80元/每升，上漲到目前200元/每升以上。昂貴的液氦價(jià)格，使研究工作難以廣泛開(kāi)展。專(zhuān)家預(yù)計(jì)，未來(lái)氦氣進(jìn)口將更加受制于人，屆時(shí)可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)液氦供應(yīng)而使我國(guó)現(xiàn)有的許多涉及氦氣和液氦的科研項(xiàng)目無(wú)法實(shí)施。
 
    在調(diào)查中了解到，實(shí)驗(yàn)室中小型低溫科學(xué)試驗(yàn)裝置的液氦蒸發(fā)率小的僅有幾升/天，大的也只有150升/天。如果專(zhuān)門(mén)配備標(biāo)準(zhǔn)氦液化器，按最小液化率20升/小時(shí)計(jì)算，每天將富余300～400升液氦，因此，必須配備液氦儲(chǔ)存容器、液氦輸液管、輸液管插接頭等，從而導(dǎo)致液氦在儲(chǔ)存和加注過(guò)程中的消耗量遠(yuǎn)大于磁體系統(tǒng)的消耗量。另一方面，氦液化器占地面積大、維護(hù)復(fù)雜、操作需要專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員，采用標(biāo)準(zhǔn)氦液化器為實(shí)驗(yàn)室中小型低溫科學(xué)試驗(yàn)裝置提供液氦在人力財(cái)力上都造成很大浪費(fèi)。
 
    針對(duì)實(shí)驗(yàn)室中小型低溫科學(xué)試驗(yàn)裝置液氦消耗量，需要建造合適的微小型氦液化裝置。據(jù)技術(shù)負(fù)責(zé)人龔領(lǐng)會(huì)介紹，目前市場(chǎng)上存在成熟的4K G-M制冷機(jī)和脈沖管制冷機(jī)產(chǎn)品，使建造微小型氦液化裝置成為可能。近5年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)、日本大力開(kāi)發(fā)以這種制冷機(jī)做冷源的小型氦液化裝置，美國(guó)已開(kāi)發(fā)出以單臺(tái)和三臺(tái)脈沖管制冷機(jī)做冷源的小型氦液化器產(chǎn)品。
 
    以4K G-M制冷機(jī)做冷源的小型氦液化裝置從2009年4月開(kāi)始研制。該系統(tǒng)無(wú)須循環(huán)泵、無(wú)須氣體純化、無(wú)須流量控制，依靠熱虹吸自然循環(huán)完成氦氣液化，從而使該小型氦液化系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、建造成本低廉。
 
    龔領(lǐng)會(huì)介紹說(shuō)，蘭州重離子加速器的離子源超導(dǎo)磁體一直采用液氦浸泡冷卻，必須經(jīng)常停源加氦，導(dǎo)致離子源裝置不能連續(xù)為加速器提供束流；同時(shí)，液氦蒸發(fā)造成運(yùn)行費(fèi)用很大。該小型氦液化裝置可完成氦氣室溫回收和液化，在確保磁體電流引線(xiàn)不受影響的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)液氦的零加注，使重離子加速器的離子源在節(jié)約氦的同時(shí)可連續(xù)不間斷運(yùn)行，保證了大科學(xué)裝置的運(yùn)行時(shí)間。該技術(shù)還可應(yīng)用于科研院所低溫科學(xué)儀器的氦氣回收和液化，有效降低科研成本；也可在醫(yī)院的超導(dǎo)核磁譜儀中應(yīng)用，降低醫(yī)療費(fèi)用。