نظام الهيليوم فائق السيولة الصيني يحقق تبريداً بكيلوواط عند 2 كلفن

عند نحو 271 درجة مئوية تحت الصفر، أي درجتين فقط فوق الصفر المطلق، يتوقف الهيليوم عن التصرف كسائل عادي. يصبح فائق السيولة: لزوجة معدومة، وتوصيل حراري عالٍ للغاية، وقدرة على التسرب عبر أضيق الفجوات. وهذه الحالة الغريبة هي بالضبط ما تحتاجه بعض أكثر الآلات العلمية تطلباً في العالم لتبقى باردة.

أعلن معهد الفيزياء والكيمياء التقنية، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، أن ضاغطه البارد عالي القدرة المطوَّر بشكل مستقل اجتاز قبول الأداء بعد عدة جولات من الاختبارات منخفضة الحرارة. وعند تركيبه في نظام هيليوم فائق السيولة، حقق تبريداً بمستوى الكيلوواط في نطاق 2 كلفن للمرة الأولى في الصين، مما يجعله أكبر نظام هيليوم فائق السيولة مصنوع محلياً حتى الآن.

بالنسبة لمعظم القراء، فإن 2 كلفن مفهوم مجرد. عملياً هو عتبة تفصل المختبرات عن المرافق الكبيرة. فمغناطيسات المسرّعات فائقة التوصيل، وأجهزة الاندماج، ومصادر الضوء السنكروتروني المتقدمة، كلها تعتمد على إبقاء مكوناتها في عمق البرودة، لأن المقاومة الكهربائية تتلاشى ويمكن الحفاظ على المجالات المغناطيسية دون حرارة مهدورة.

الجزء الصعب ليس بلوغ البرودة القصوى مرة واحدة. بل إزالة الحرارة باستمرار، وعلى نطاق واسع، دون اهتزاز أو عدم استقرار يعكّر التجارب الدقيقة. ويقع الضاغط البارد في قلب تلك الحلقة. وتصنيع واحد محلياً مهم لأن هذه الآلات كانت تُستورد طويلاً من عدد قليل من الموردين الأجانب، بمدد تسليم طويلة وهامش ضئيل للتخصيص.

ووفقاً للفريق، عمل الضاغط بثبات عبر دورات اختبار متعددة قبل اجتياز القبول. والنتيجة ليست اختراقاً واحداً بقدر ما هي قطعة من البنية التحتية الممكِّنة: خيار صيني للعمود الفقري للتبريد العميق في مشاريع العلوم الكبرى المستقبلية.

تشغّل الصين بالفعل وتبني عدة مرافق ستستفيد من ذلك. تحتاج آلات أبحاث الاندماج إلى محطات تبريد عميق ضخمة لتبريد الملفات فائقة التوصيل. وتحتاج مصادر الضوء والمسرّعات الجسيمية من الجيل التالي إلى بيئات مستقرة عند 2 كلفن لتشغيل المغناطيسات والتجاويف بأداء ذروي. ويستهلك كل من هذه المشاريع الهيليوم والطاقة والهندسة الدقيقة على نطاق صناعي.

وللهيليوم فائق السيولة ميزة أخرى: فالتوصيل الحراري الهائل لديه يتيح نقل الحرارة بعيداً عن معدات متراصة بإحكام لا يستطيع التبريد السائل العادي الوصول إليها. ولهذا يظهر في تصاميم المغناطيسات عالية المجال وغرف محاكاة الفضاء على حد سواء.

لم يحدد الإعلان أي المرافق ستعتمد النظام الجديد أولاً، ولا تزال الجداول الزمنية التجارية غير واضحة. لكن الاتجاه يتسق مع دفعة أوسع في السياسة البحثية الصينية: تقليل الاعتماد على معدات درجات الحرارة المنخفضة جداً المستوردة، ثم توسيع نطاقها للمشاريع الوطنية.

بالنسبة للعلماء، العائد عملي. فالتقنيات البردية الأرخص والأكثر توفراً تخفض الحاجز أمام بناء أدوات كانت تتطلب يوماً استيراد سلسلة تبريد كاملة. وبالنسبة للجمهور الأوسع، فهو تذكير بأن بعضاً من أكثر الأبحاث أهمية يحدث بعيداً عن العناوين الرئيسية، عند درجات حرارة لا يكاد يتحرك فيها شيء.