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為何液氦是理想的超低溫冷卻劑

文章出處:責任編輯:人氣:-發(fā)表時間:2023-09-20 10:58:02【
為何液氦是理想的超低溫冷卻劑

高純氦氣


元素被稱為最最不活躍的元素之一,通常存在于氣態(tài)形態(tài)中,無色無味。它在氣體狀態(tài)

下非常難液化,并且不可能以標準大氣壓固化。由于其獨特的物理性質,液態(tài)氦已成為許

多行業(yè)中的冷卻劑。

一、反應堆冷卻劑的情況

冷卻劑是用于冷卻核反應堆堆芯,并將堆芯釋放的熱量帶出核反應堆的介質,也被稱為載

熱劑。簡單來說,冷卻劑是一種能夠導出高溫物體熱能,并使物體降溫的物質。

針對這種類型的冷卻劑,除了需要具備一般的熱工和水力學性能外,還要求其具有小的熱

中子吸收截面、弱的感生放射性、良好的輻照穩(wěn)定性,并且與反應堆結構材料能夠有良好

的相容性。

常見的散熱介質包括輕水、重水、二氧化碳和氦氣等。
二、液氦冷卻的性質

液態(tài)氦是一種主要用作低溫源的物質,它被用作超級冷卻劑。原因在于氦具有非常低的熔

點和沸點,常溫下沒有三相點,而且是唯一一種在大氣壓和0K下不會固化的物質。經過重

復的冷卻和加壓處理后,液態(tài)氦的表面張力很小,導熱性很強,黏度極低,甚至可以達到

近絕對零度的低溫(約為-273.15℃)。這個特性使得氦成為沒有其他低溫冷源可以代替

的超級冷卻劑。

此外,氦的化學性質非常穩(wěn)定,幾乎不與其他任何元素發(fā)生化學反應。換句話說,氦作為

制冷劑時不會與被冷卻的物體產生反應,也不會改變其任何特性,因此也不會造成額外的

損耗。

三、液氦的冷卻應用廣泛。

液氦的低溫冷卻技術在領域中被廣泛應用,比如超導技術。目前所有超導材料都需要在-130

℃以下的低溫環(huán)境下才能展現出超導特性。然而,大多數情況下,只有液氦能夠相對簡單地

實現如此極低的溫度。低溫超導技術在電池相關領域得到廣泛應用,比如交通行業(yè)的磁懸浮

列車,以及醫(yī)療領域的核磁共振成像設備等,都需要使用液氦。

我國已經成功通過驗收和成果鑒定,并已經完成了重要的科研裝備項目——"液氦到超流氦溫

區(qū)大型低溫制冷系統研制"。這個項目在技術分析和應用領域有廣泛的應用。無論是液氦還是

超流氦溫區(qū)大型低溫制冷設備,都是氦資源開采、航天工程、氫能利用和大型科學裝置運行

所必需的基礎設施。

隨著社會經濟高速發(fā)展,我國已成為大型低溫制冷設備的大規(guī)模使用國家。液氦作為制造超

低溫的“神奇工具”,預計未來市場潛力巨大。