Il sistema cinese di elio superfluido raggiunge il raffreddamento a kilowatt a 2 Kelvin
A circa meno 271 gradi Celsius, appena due gradi sopra lo zero assoluto, l’elio smette di comportarsi come un liquido ordinario. Diventa un superfluido: viscosità zero, conducibilità termica estremamente elevata, capace di insinuarsi attraverso le fessure più strette. Questo strano stato è esattamente ciò di cui alcune delle macchine scientifiche più esigenti al mondo hanno bisogno per rimanere fredde.
L’Istituto Tecnico di Fisica e Chimica, parte dell’Accademia Cinese delle Scienze, ha annunciato che il suo compressore freddo ad alta potenza sviluppato autonomamente ha superato il collaudo prestazionale dopo diversi cicli di test a bassa temperatura. Installato su un sistema di elio superfluido, ha raggiunto per la prima volta in Cina un raffreddamento a livello di kilowatt nell’intervallo di 2 Kelvin, rendendolo il sistema di elio superfluido di produzione nazionale con la maggiore capacità fino ad oggi.
Per la maggior parte dei lettori, 2 Kelvin è un’astrazione. In pratica è una soglia che separa i laboratori dalle grandi strutture. I magneti superconduttori degli acceleratori, i dispositivi per la fusione e le sorgenti di luce di sincrotrone avanzate si basano tutti sul mantenimento dei componenti nel profondo del freddo, perché la resistenza elettrica svanisce e i campi magnetici possono essere sostenuti senza calore residuo.
La parte difficile non è raggiungere il freddo estremo una volta. È rimuovere il calore continuamente, su larga scala, senza vibrazioni o instabilità che disturberebbero esperimenti delicati. Il compressore freddo si trova al centro di quel ciclo. Costruirne uno a livello nazionale è importante perché queste macchine sono state a lungo fornite da un piccolo numero di fornitori esteri, con lunghi tempi di consegna e poco spazio per la personalizzazione.
Secondo il team, il compressore ha funzionato stabilmente attraverso molteplici cicli di test prima di superare il collaudo. Il risultato è meno una singola svolta che un pezzo di infrastruttura abilitante: un’opzione di produzione cinese per la spina dorsale criogenica dei futuri progetti di big science.
La Cina gestisce già e sta costruendo diverse strutture che ne trarrebbero beneficio. Le macchine per la ricerca sulla fusione necessitano di impianti criogenici massicci per raffreddare le bobine superconduttrici. Le sorgenti di luce e gli acceleratori di particelle di prossima generazione necessitano di ambienti stabili a 2 Kelvin per far funzionare magneti e cavità al massimo delle prestazioni. Ognuno di questi progetti consuma elio, energia e ingegneria di precisione su scala industriale.
L’elio superfluido ha un altro vantaggio: la sua enorme conduttività termica gli consente di allontanare il calore da apparecchiature strettamente imballate che il raffreddamento liquido ordinario non potrebbe raggiungere. Ecco perché appare sia nei progetti per magneti ad alto campo che nelle camere di simulazione spaziale.
L’annuncio non ha specificato quali strutture adotteranno per prime il nuovo sistema, e le tempistiche commerciali rimangono poco chiare. Ma la direzione è coerente con una più ampia spinta nella politica di ricerca cinese: ridurre la dipendenza da apparecchiature ultra-bassa temperatura importate, per poi scalarle per i progetti nazionali.
Per gli scienziati, il guadagno è pratico. Una criogenia più economica e più disponibile abbassa la barriera per costruire strumenti che una volta richiedevano l’importazione di un’intera catena del freddo. Per il pubblico più ampio, è un promemoria che alcune delle ricerche più consequenziali avvengono lontano dai titoli dei giornali, a temperature dove quasi nulla si muove.