我国低温工程的发展过程浅议

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： 上一页12下一页末页