由瑞士林德公司制造的2500W@4.5K氦制冷机，作为先进光源技术研发与测试平台低温系统核心设备。近日已正式入驻怀柔科学城。

 

　　这是首套进入PAPS平台怀柔现场的大型专用设备，也是最大的PAPS平台项目中单体设备，氦制冷机进入“编制”标志着先进光源技术研发与测试平台的建设工作进入了新的阶段。

 

　　氦制冷机三大组件放置在高频厅——冷箱、杜瓦、控制机柜，氦制冷机其余12个组件放置在低温厅——如氦气主压缩机、除油系统等。

 

　　液氦制冷

 

　　研究历史：

 

　　在上世纪初的几十年里，世界各国都在寻找氦气资源，在当时主要是为了充飞艇。但是到了今天，氦不仅用在飞行上，尖端科学研究，现代化工业技术，都离不开氦，而且用的常常是液态的氦，而不是气态的氦。液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。

 

　　在液态空气的温度下，氦和氖仍然是气体；在液态氢的温度下，氖变成了固体，可是氦仍然是气体。

 

　　要冷到什么程度，氦才会变成液体呢？

 

　　英国物理学家杜瓦在1898年首先得到了液态氢。就在同一年，荷兰的物理学家卡美林·奥涅斯也得到了液态氢。液态氢的沸点是零下253℃，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，而且都变成了固体。只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。卡美林·奥涅斯决心把氦气也变成液体。

 

　　1908年7月，卡美林·奥涅斯成功了，氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。

 

　　要得到液态氢，必须先把氢气压缩并且冷却到液态空气的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氢气就变成了液体。

 

　　液态氦是透明的容易流动的液体，就像打开了瓶塞的汽水一样，不断飞溅着小气泡。

 

　　液态氦是一种与众不同的液体，它在零下269℃就沸腾了。在这样低的温度下，氢也变成了固体，千万不要使液态氦和空气接触，因为空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。

 

　　多少年来，全世界只有荷兰卡美林·奥涅斯的实验室能制造液态氦。直到1934年，在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机，每小时可以制造4升液态氦。以后，液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。

 

　　在今天，液态氦在现代技术上得到了重要的应用。例如要接收宇宙飞船发来的传真照片或接收卫星转播的电视信号，就必须用液态氦。接收天线末端的参量放大器要保持在液氦的低温下，否则就不能收到图像。

 

　　物理学家不仅仅得到了液态氦，还得到了固态氦，他们正在向绝对零度进军（物理学把零下273.15℃叫做绝对零度。这个温度标叫做绝对温标，用K表示。0K就是-273.15℃，而273.15K就是0℃）。从理论上讲，绝对零度是达不到的，但是可以不断接近它。液态氢的沸点是绝对温标20.2K，液态氦的沸点是绝对温标4.2K。在绝对温标2.18K的时候，氦Ⅰ变为氦Ⅱ。1935年，利用“绝热去磁”法，使液态氦冷到绝对温标0.0034K；1957年，达到绝对温标0.00002K；目前已达到2.4×10-11K了。

 

　　天文学家也继续研究着太阳元素。太阳上的氢“燃烧”变成了氦，以后的命运又如何呢？他们发现宇宙间有一些比太阳更炽热的恒星，中心温度达到几亿度。在这些恒星的核心，氢原子核已经都变成了氦原子核，氦原子核又相互碰撞，正在生成着碳原子核和氧原子核，同时放出大量的能。这类恒星橡心脏一样，一会儿膨胀，一会儿收缩，很有规律。为什么会这样？这也是因为氦在起作用。

 

　　天文学家还研究了银河系内氢的含量和氦的含量的比值。根据这个比值，有人估算了银河系的年龄有一二百亿年。

 

　　氦的历史并没有完，人类认识氦的历史也没有完，而我们这本讲氦的故事的小册子，却不得不结束了。

 

　　要问在发现氦和研究氦的历史上谁的功劳最大呢？是天文学家詹森和罗克耶吗？是化学家拉姆赛和物理学家克鲁克斯吗？是发明分光镜的本生与基尔霍夫吗？当然还要考虑把空气、氢气以及氦气液化的汉普松、卡美林·奥涅斯等人的功劳。

 

　　很难说。在人类认识氦的历史上，他们都有着自己的贡献。氦仅仅是一种元素，但是发现它和认识它，是许多门科学——物理学、天文学、化学、地质学等的共同胜利，决不是某一个人的力量能够完成的。

 

　　用液氦冷却汞，当温度下降到4。2K时,水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的，对一般人来说算是极低的温度。这样低的温度下，氢也变成了固体，与空气接触时，空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。

 

　　北京先进光源技术研发与测试平台

 

　　高能同步辐射光源(HighEnergyPhotonSource，缩写HEPS)将建设能量为5~6GeV，束流发射度为0.05~0.1nm·rad的第三代同步辐射光源，高于世界上目前正在运行和建设的同步辐射装置。

 

　　拥有加速器技术创新分平台和X射线技术创新研究分平台

 

　　平台项目总建筑规模20966平方米，是2017年核心区“5+2”重大项目之一，也是怀柔科学城建设重要组成部分。散裂中子源加速器的建造、国家战略科技先导专项-加速器驱动的次临界核能系统加速器的建造、北京先进光源加速器的预研、国际直线对撞机的国际合作等。加速器中心的中长期目标是成为国际上有重大影响力的一流加速器研究机构。

 

　　应用领域

 

　　涵盖了物理、化学化工、材料科学、能源、环境、考古、纳米、生命科学、医学等领域，并且在不断扩展。高能同步辐射装置产生的高能量、高强度的光源，能够使北京在生物医药、电子器件、航空工业材料等产业领域具备技术优势。