我国低温工程的过去和未来
极低温技术是我国国防现代化和国民经济建设中不可缺少和不可替代的技术。在过去的岁月里，我国的这一高新技术在老一辈科学家和低温工作者的努力下取得了很好的成绩。在为航天事业服务方面，液氢和液氧装置的建立和安全生产并被作为火箭的推进燃料已经成功的运行了几十年。空间环模装置的建立以及其中的液氮和 20K 温区的低温系统为我国的航天事业的成功立下了汗马功劳。在军事用的红外夜视器件冷却方面，我国低温工作者采用节流制冷方式，成功地实现了产业化生产的目标，几乎每年都有相当批量的产品提供军事需要，其自动调节和快速节流等新技术都达到或接近国际先进水平，为我国国防建设起到积极作用。在氦液化技术方面，我国从1959 年起成功地实现了氦的液化，1965 年我国自己研制成功了膨胀机型氦液化装置，国内厂家批量生产了小型氦液化装置，为我国的低温超导事业和低温物理研究和发展提供了基本的条件。文化大革命中，科研工作虽然受到一定影响，但是低温超导仍然得到极大发展，可以说是向上发展的时期，并培养建立起一支相当水平的科研队伍。文化大革命后，低温超导和物理研究继续呈现上升势头，在超导技术基础研究方面取得了不少成绩和成果。为配合基础研究需要，在钱三强同志的倡议和主持下，得到法国专家的核安全技术的帮助，1988 年我国首次研制成功了冷中子源系统，这是在亚洲首次建立这样的系统，在世界上也只是少数国家具有这样的装置，其中低温系统是氢氦联合制冷系统。
与此同时，为配合航天工作的需要的低温工程也得到相应的发展。此外，为适应工业气体生产和要求，在某些关键技术，如透平膨胀机中的气体轴承技术和研制等取得了很好的成果，并逐步将所获得的成果转移推广到工业生产部门。在七、八十年代G-M 制冷机研制成功，并在卫星通讯地面站使用，在国内有了自己的批量生产点。
八十年代中期由于经济和科研体制改革，科学和技术要继续发展必须探索新的路子，我国低温工作者结合我国国情，十年来，在微型制冷机技术，在天然气化，在低温粉碎技术，在低温超导为医学诊断用的核磁共振装置的研制以及在引进极低温大型工程方面（托克马克装置的低温系统）取得了不同程度的成绩或成果。
在这里我们值得提到的是脉冲管制冷技术以及G-M 机加磁性蓄冷材料的极低温制冷技术。脉冲管制冷技术虽然是1963 年由美国人吉福德和郎斯沃首先发明的，但当时研制的脉冲管制冷机是基本型的，所达到的最低温度为124K。八十年代初，俄罗斯学者米库林采用在脉冲管的热端加装一个小孔和气库的方案使最低温度大大降低并达到64K 的最低温度，接着美国的NIST 和中科院低温中心分别在1985 年和1989 年达到60K 和49K 的最低温度，引起全世界低温工作者的极大兴趣，因为该制冷技术在制冷部分无运动部件，推动小，可靠性好，寿命长成本低。特别适用于航天遥感测试中的红外器件的冷却，以及对未来高温超导器件的产品化的潜在市场是很好的冷源装置。目前发展的趋势表明，该技术在某些场合有可能替代当前在市场上广泛使用的G-M 机和斯特林制冷系统。大家都知道在过去所发现或发明的制冷循环或装置中，中国人对其中的贡献设有引起强烈反响，而目前的脉冲管制冷技术，我国低温工作者却做出了重要的贡献，产生了相当大的影响。
1989 年西安交通大学博士生朱绍伟提出了脉冲管双向进气新方案。该方案首先在中科院低温中心得到实验验证，并获得了最低温度为42K 的当时国际上最好纪录，该方法得到国际上的公认并被广泛应用于实验研究和实际应用中。稍后来，由中科院低温中心提出了多路旁通进气方案，制冷效果进一步提高，并获得了美国发明专利。我国青年科学家梁惊涛博士在他论文期间提出脉搏冲管非对称理论模型并得到实验验证，为此在1995 年第十九届国际制冷大会上被授予首届卡皮查奖。除此，我国低温工作者采用单级脉冲管制冷方法多次获得当时国际上最低温的记录，为我国在这领域的研究工作争得荣誉，该技术目前是正在发展中的技术，在国际上仍然是非常热门的研究方向，在提高效率，在开辟新的应用前景方面有不少事情要做。
对于G-M 制冷机采用两级方案，原来的最好水平为7K 至8K，日本首先将蓄冷器填充材料由铅球改用Er3Ni 获得低于4.2K 的最低温度。最近的研究结果表明在4.2K 时可达到大于2W 的制冷量，但是对于其中的热力过程和物理状 态极少分析。我国低温科学工作者对极低温度下的蓄冷器进行研究，提出了新的理论和设计方法。经过实验验证得到了很好的效果。
以上举例说明，中国人在低温技术创新研究方面在国际上已经展露头角。低温技术的新发现、新发明、新理论与中国人无缘的日子已经一去不复返了。
八十年代，上海技术物理所在航空红外遥感成像技术中采用液氮予冷氖节流冷源冷却红外器件，以及气象卫星上的辐射制冷红外图像都获得成功，为我国的航空航天事业做出贡献。在八五期间，我国低温超导科技人员还研制了高岭土纯化用的超导磁分离实验装置。并成功地研制超导核磁成像装置，为医院的诊断提供了有效的工具。但是，由于种种原因并没有形成产业占领国内市场。这也是我国科学工作者和企业家在今后工作中值得思考和注意的事情。
结合市场需要，不断扩展低温工程的研究新领域，是我国低温工作在前深化改革中的必经之道。在八五期间，中科院低温中心的部分科研人员深入到地方工矿企业，以过调查研究发现，我国的天然气急需收集和开采，特别是在边远地区的中小矿井，地方上的积极性很高。
为此，通过协商，他们在四川省绵阳市和吉林省的长春市分别研制了两台天然气液化装置，设计产量分别300 升/小时和500 升/小时液化甲烷气，对500 升/小时的装置，去年年底进行了调试，已经初步成功，相信经过较短时间的改进，会投入工业应用。为适应该装置需要的重载荷透平膨胀机气体轴承也研制成功，经过国际著名德国林德公司的专家认定，这种类型的气体轴承在世界上也是很少见的，与此同时，用液化天然气燃料的汽车也进行了长期公路试运行，由此可见，低温工程在为国民经济建设上迈出了新的一步。
综上所述，低温工程学科在过去的年代里，在为国民经济建设服务，在为国防、航天事业的发展，在为科学现代化的服务中不断发展和进步，开拓新的领域，在制冷新技术研究方面都取得了可喜的成绩。但是应该认识到在我国仍然有许多有关低温工程方面的事情还没有去做，或做得不好。对于那些长远有前途的与低温工程学科有关的研究，我们应该投入有限度的研究力量，积极地作准备，并密切关注国际上发展动态，在有条件的单位开展与之相应的研究工作，作为技术储备，而对大多数低温工程的研究机构和学校仍然应结合我国当前的国情，结合市场（其中包括将来的潜在市场和政府订单）需要开展低温工程学科的研究工作，我个人认为在未来的五至十年内，我们的研究和开发工作的重点在以下几方面：
（1）结合航天、军事、高低温超导工程以及其他学科科研工作的需要，做好低温工程的研究和开发工作，其中微型制冷技术的研究仍然会有一个好的发展机会。特别是结合航天和国防需要，斯特林和脉冲管制冷机都可能是很好的方向，对于其中的工艺研究和质量保证就很重要。而G-M 机和脉冲管制冷机在高温超导器件冷却和低温小型超导磁体的冷却在医用核磁成像装置上取代液氦而使之商品化有很好的前景。如何把成果转化为产品开拓低温产品和产业也是我国低温工作者面临的光荣任务，例如，因为我国的G-M 制冷机已经相当成熟并已商品化，其压缩机可以直接与带有旋转阀的相应尺寸的脉冲管制冷机相配合而形成我国自己的产品，也将是于国于已有利的大好事情，应该促进其研究开发工作的进展。五方面在高技术基础研究上保持我国的先进位置，另一方面在产品的开发上要加强合作，优势互补，以有利于我国国民经济和国防建设的发展。我们已有的基础和条件是好的，关键在于我们的努力，除此，对于混合工质的节流技术要给予相当的重视和支持，虽然这种技术首先是由前苏联发展起来的，但事实证明该技术有其独特的优点，它们是振动小，可靠性好，效率较高，安全和成本低，特别是与之相配合的压缩机可用现已有非常成熟的空调压缩机改装而成，因此有可能在红外器件冷却，高温超导体的冷源（不同制冷量的需要）集成电路的冷却甚至GFC 的替代方面都有很好的前途。我们应该大力支持这项研究和开发工作。
（2）环境保护不但是世界各国政府和科学家关注的重点，也是我国经济发展要特别加以重视的基本方针，而在低温下对废旧轮胎进行机械粉碎处理，将较粗目数（例如40 目）的旧橡胶粉碎成较细 目数（例如80 目）的精粉，因为低温处理相对于其他化学方式处理相对污染小，因此对环境保护有利，而被处理过的细目数的精粉可以被再生利用，掺入10％的这种精粉到新橡胶中去制成产品，其性能不受影响，估计近五年内我国对这种精粉的需要量每年在五万吨以上，这是一个很大的市场，做好这件工作不仅开拓低温工程的新领域，而且对节省上外汇，保护环大有好处。目前国内有好几家研究单位正投入生产。为配合低温粉碎产业需要，研制一种运行可靠，价格低廉的中小型液氮温度的制冷机将会是我们今后努力方向。除此之外，其它材料或食品的低温粉碎以及低温下的材料处理和加工将会有很好的发展前景，与之相适应的基础研究工作也要得到相应的重视。
（3）天然气的开采和利用在近期和远期都会是工业部门和地方政府有兴趣的课题。目前我国已经发现的天然气储量在世界上所占的位置虽然不重要（第十几位），但是根据世界各国已经发现的油气的相应比例的规律，相信与我国石油储量相应的天然气储量不会太少，会在不久的将来不断被勘探出来，再加上随着我们经济的发展和人们生活水平的提高，人们对能源的需求量不断增加，天然气的进一步开采和开发将会日益被提到议事日程上来，而液化、储存和使用天然气是重要的开发这种能源的方法之一，特别是在边远地区和海上，天然气的开采特别重要。而在天的分离和液化过程中，氦气会富集起来，如何把这种在国防和民用上有宝贵价值的气体回收和利用起来是我国低温工作者的任务之一。其次，化工尾气的回收和利用也可以采用液化回收方案，我国的低温工程界不应该忽视这一个重要方向，要把握机遇，开展与之相关的关键技术研究，加强团结，研制出适应于我国国情的天然气液化储存和输运装置，使之为国民经济建设服务。
（4）战胜人类病痛，提高人类健康素质是科学家的永恒的研究课题，而我国是一个人口众多的大国，随着人民生活水平不断提高，对于关系人民健康的各种医疗设备和装置的需求量会日趋增长，而低温医疗因其在诊断和治疗时痛苦少且对正常组织破坏少，甚至无破坏，且对某些疾病的诊断或治疗有特殊的效果，而受到医生和病人的欢迎。在以往的岁月里，国内外的科学家和工程师研制成功的超导核磁成像诊断装置已大量在医院使用，诊断准确，效果很好。目前国外科学家正在将高低温超导量子干涉器件（SQIUD）做成组合件，用以诊断心磁和脑磁以监视人类心和脑的工作情况，估计不久的将来会有批量产品上市。除此，开展各种低温手术的研制，这种手术刀不仅仅对皮肤表面治疗，甚至可以进入体内对某些疾病进行医治，是当前国际低温医疗的热门课题这一，我国低温界应该重视这个研究领域。此外，近年来，我国在某些特殊条件下工作的人或某些病人对氧气的需求量增加，因此小型液氧储送器受到人们欢迎并正待大批量上市，这说明用低温工程的成果为人类健康服务的路子很宽很广，只要低温工程方面的专家解放思想，密切与医生配合，不断创新，在研制战胜疾病，保护人类健康的仪器设备方面就会大有作为。
（5）随着科学技术的发展，现代科学仪器和大型设备的研制会变得越来越重要，许多新发现的产生往往是与现代化仪器设备或手段的研制分不开的，而低温条件作为现代科学仪器中的部件之一，以扩大科学观察面相当要紧。因此，我国低温工作者也不应该忽视这方面的任务，我们应该主动与其他学科配合，使低温工程技术成为科学现代化不可替代的重要手段。
总之，科学发展的动力是社会生产和人类生存的需要以及科学本身在向前发展的需要，总结低温工程学科发展的过去和展望其未来，这一规律对低温工程学科也完全正确。在我国社会和经济迅速发展的今天，这种动力是存在的，这就要求我国低温工程学家结合我国国情，把握机会，找准方向，努力奋斗，就一定能使低温工程学科在为我国四个现代化服务，做出出色的成果的同时，并也丰富和发展了低温工程科学本身。
