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為何液氦是理想的超低溫冷卻劑

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2023-09-20 10:58:02【
為何液氦是理想的超低溫冷卻劑

高純氦氣


元素被稱為最最不活躍的元素之一,通常存在于氣態(tài)形態(tài)中,無色無味。它在氣體狀態(tài)

下非常難液化,并且不可能以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓固化。由于其獨(dú)特的物理性質(zhì),液態(tài)氦已成為許

多行業(yè)中的冷卻劑。

一、反應(yīng)堆冷卻劑的情況

冷卻劑是用于冷卻核反應(yīng)堆堆芯,并將堆芯釋放的熱量帶出核反應(yīng)堆的介質(zhì),也被稱為載

熱劑。簡單來說,冷卻劑是一種能夠?qū)С龈邷匚矬w熱能,并使物體降溫的物質(zhì)。

針對這種類型的冷卻劑,除了需要具備一般的熱工和水力學(xué)性能外,還要求其具有小的熱

中子吸收截面、弱的感生放射性、良好的輻照穩(wěn)定性,并且與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料能夠有良好

的相容性。

常見的散熱介質(zhì)包括輕水、重水、二氧化碳和氦氣等。
二、液氦冷卻的性質(zhì)

液態(tài)氦是一種主要用作低溫源的物質(zhì),它被用作超級冷卻劑。原因在于氦具有非常低的熔

點(diǎn)和沸點(diǎn),常溫下沒有三相點(diǎn),而且是唯一一種在大氣壓和0K下不會(huì)固化的物質(zhì)。經(jīng)過重

復(fù)的冷卻和加壓處理后,液態(tài)氦的表面張力很小,導(dǎo)熱性很強(qiáng),黏度極低,甚至可以達(dá)到

近絕對零度的低溫(約為-273.15℃)。這個(gè)特性使得氦成為沒有其他低溫冷源可以代替

的超級冷卻劑。

此外,氦的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,幾乎不與其他任何元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。換句話說,氦作為

制冷劑時(shí)不會(huì)與被冷卻的物體產(chǎn)生反應(yīng),也不會(huì)改變其任何特性,因此也不會(huì)造成額外的

損耗。

三、液氦的冷卻應(yīng)用廣泛。

液氦的低溫冷卻技術(shù)在領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用,比如超導(dǎo)技術(shù)。目前所有超導(dǎo)材料都需要在-130

℃以下的低溫環(huán)境下才能展現(xiàn)出超導(dǎo)特性。然而,大多數(shù)情況下,只有液氦能夠相對簡單地

實(shí)現(xiàn)如此極低的溫度。低溫超導(dǎo)技術(shù)在電池相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,比如交通行業(yè)的磁懸浮

列車,以及醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備等,都需要使用液氦。

我國已經(jīng)成功通過驗(yàn)收和成果鑒定,并已經(jīng)完成了重要的科研裝備項(xiàng)目——"液氦到超流氦溫

區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制"。這個(gè)項(xiàng)目在技術(shù)分析和應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。無論是液氦還是

超流氦溫區(qū)大型低溫制冷設(shè)備,都是氦資源開采、航天工程、氫能利用和大型科學(xué)裝置運(yùn)行

所必需的基礎(chǔ)設(shè)施。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,我國已成為大型低溫制冷設(shè)備的大規(guī)模使用國家。液氦作為制造超

低溫的“神奇工具”,預(yù)計(jì)未來市場潛力巨大。


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