Hệ thống Heli Siêu lỏng Trung Quốc Đạt Làm lạnh Kilowatt ở 2 Kelvin

Ở khoảng âm 271 độ C, chỉ hai độ trên độ không tuyệt đối, heli ngừng hành xử như chất lỏng thông thường. Nó trở thành siêu lỏng: độ nhớt bằng không, dẫn nhiệt cực cao, có thể len qua những khe hẹp nhất. Trạng thái kỳ lạ đó chính xác là điều mà một số cỗ máy khoa học khắt khe nhất thế giới cần để giữ lạnh.

Viện Kỹ thuật Vật lý và Hóa học, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, thông báo rằng máy nén lạnh công suất cao do viện tự phát triển đã vượt qua nghiệm thu hiệu năng sau nhiều vòng thử nghiệm nhiệt độ thấp. Được lắp vào hệ thống heli siêu lỏng, nó đạt làm lạnh mức kilowatt trong dải 2 Kelvin lần đầu tiên tại Trung Quốc, trở thành hệ thống heli siêu lỏng sản xuất trong nước có công suất lớn nhất cho đến nay.

Với hầu hết độc giả, 2 Kelvin là một khái niệm trừu tượng. Trên thực tế, đó là ngưỡng phân tách phòng thí nghiệm với cơ sở lớn. Nam châm máy gia tốc siêu dẫn, thiết bị nhiệt hạch và nguồn sáng synchrotron tiên tiến đều dựa vào việc giữ các linh kiện ở sâu trong lạnh, vì điện trở biến mất và từ trường có thể được duy trì mà không sinh nhiệt thải.

Phần khó không phải là đạt được lạnh cực độ một lần. Mà là loại bỏ nhiệt liên tục, ở quy mô lớn, không rung động hay bất ổn gây nhiễu các thí nghiệm tinh vi. Máy nén lạnh nằm ở trung tâm vòng tuần hoàn đó. Việc chế tạo trong nước quan trọng vì những cỗ máy này từ lâu được cung cấp từ một số ít nhà cung cấp nước ngoài, với thời gian chờ dài và ít khả năng tùy chỉnh.

Theo nhóm nghiên cứu, máy nén chạy ổn định qua nhiều chu kỳ thử nghiệm trước khi vượt nghiệm thu. Kết quả không hẳn là một đột phá đơn lẻ mà là một phần hạ tầng tạo điều kiện: một lựa chọn do Trung Quốc sản xuất cho xương sống đông lạnh của các dự án khoa học lớn trong tương lai.

Trung Quốc đã vận hành và đang xây dựng một số cơ sở sẽ hưởng lợi. Máy nghiên cứu nhiệt hạch cần nhà máy đông lạnh khổng lồ để làm lạnh cuộn dây siêu dẫn. Nguồn sáng và máy gia tốc hạt thế hệ tiếp theo cần môi trường 2 Kelvin ổn định để vận hành nam châm và khoang ở hiệu suất đỉnh. Mỗi dự án này tiêu thụ heli, điện năng và kỹ thuật chính xác ở quy mô công nghiệp.

Heli siêu lỏng có một lợi thế khác: độ dẫn nhiệt khổng lồ cho phép nó mang nhiệt ra khỏi thiết bị xếp chặt mà làm lạnh bằng chất lỏng thông thường không thể tiếp cận. Đó là lý do nó xuất hiện trong thiết kế nam châm trường cao và buồng mô phỏng không gian.

Thông báo không nêu rõ cơ sở nào sẽ áp dụng hệ thống mới trước tiên, và lộ trình thương mại vẫn chưa rõ. Nhưng hướng đi nhất quán với nỗ lực rộng hơn trong chính sách nghiên cứu Trung Quốc: giảm phụ thuộc vào thiết bị nhiệt độ cực thấp nhập khẩu, rồi mở rộng quy mô cho các dự án quốc gia.

Với các nhà khoa học, lợi ích là thực tiễn. Đông lạnh rẻ hơn, sẵn có hơn hạ thấp rào cản chế tạo thiết bị từng đòi hỏi nhập khẩu cả chuỗi lạnh. Với công chúng rộng hơn, đó là lời nhắc rằng một số nghiên cứu quan trọng nhất diễn ra xa các tiêu đề, ở nhiệt độ mà gần như không gì chuyển động.