美国物理研究所 中国科学院物理与化学技术研究所研究人员开发的4 K脉管制冷机
学分:陈/中国科学院大学 低温冷却器是超冷制冷装置，用于外科手术和药物开发、半导体制造和宇宙飞船
它们可以是管子、泵、桌面大小或更大的冰箱系统
回热式热交换器或回热器是低温冷却器的核心部件
温度低于10开尔文(-441
67华氏度)，性能急剧下降，最大再生器损失超过50%
在他们发表在《应用物理快报》上的论文中，中国科学院大学的研究人员使用超级活化的碳颗粒作为替代再生材料，在低至4千摄氏度的温度下提高冷却能力
在大多数低温冷却器中，压缩机驱动室温气体通过回热器
再生器从压缩中吸收热量，冷却后的气体膨胀
振荡的超冷气体吸收蓄热器中的热量，这个过程重复进行
氮气是低温冷却器中最常用的气体
但对于要求温度低于10开尔文的应用，如太空望远镜仪器和磁共振成像系统，使用氦，因为它的沸点是所有气体中最低的，能够达到最低的温度
然而，氦的高比热(改变物质温度所需的热传递量)导致低温下压缩和膨胀循环期间的大温度波动，这严重影响冷却效率
为了解决这个问题，研究人员用活性炭代替了再生器的传统稀土金属，活性炭是用二氧化碳或高温过热蒸汽处理过的碳
这就形成了一个微米大小的孔隙矩阵，增加了碳的表面积，使再生器能够在低温下保存更多的氦并带走更多的热量
研究人员使用一个4克拉温斯吉福德-麦克马洪制冷机来测试孔隙率为0的超活化碳颗粒对氦的吸附能力
在3-10开尔文的不同温度范围内为65
他们发现当他们在蓄热室里装满5
6%的直径在50至100微米之间的碳，获得的空载温度为3
6 kelvins与使用贵金属相同
然而，在4开尔文，冷却能力增加了30%以上
他们通过将椰子壳活性炭放入他们建造的实验脉冲管中，并使用热力学计算模型，证实了性能的提高
“除了提供更大的冷却能力，活性炭可以作为贵金属的低成本替代品，也有利于对磁性敏感的低温探测器，”作者刘彪陈说
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