近日，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所和中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所合作，圍繞未來空間天文觀測(cè)所需的mK溫區(qū)制冷需求，提出了斯特林型脈管（SPTC）/氦節(jié)流（JTC）/絕熱去磁（ADR）的復(fù)合制冷方案，獲得了661mK的無負(fù)荷最低溫，溫度穩(wěn)定性±0.1 mK。研究成果“Advances on a SPTC/JTC/ADR system for sub-Kelvin cooling（亞開溫區(qū)斯特林型脈管/節(jié)流/絕熱去磁復(fù)合制冷系統(tǒng)進(jìn)展）”以Short Report（簡(jiǎn)訊）形式發(fā)表在制冷領(lǐng)域國(guó)際期刊International Journal of Refrigeration（《國(guó)際制冷學(xué)報(bào)》）。論文共同第一作者為上海技物所陳志超博士和理化所劉萍博士，通訊作者為上海技物所劉少帥啟明星研究員和理化所戴巍研究員。

mK溫區(qū)是空間天文領(lǐng)域多種核心傳感器的工作溫區(qū)。隨著機(jī)械制冷技術(shù)的發(fā)展，基于斯特林型脈管預(yù)冷的氦節(jié)流制冷（SPTC/JTC）技術(shù)因其具有的長(zhǎng)壽命、高效率、低振動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，已成為空間1-4 K溫區(qū)的主流預(yù)冷方案。而絕熱去磁（ADR）技術(shù)具有mK溫區(qū)高效率、純固態(tài)制冷、與重力無關(guān)性等突出優(yōu)點(diǎn)，成為空間mK溫區(qū)應(yīng)用的首選。兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)高效緊湊的適用于空間的深低溫制冷系統(tǒng)，國(guó)際上已應(yīng)用于Astro-H、XRISM、ATHENA等天文項(xiàng)目，而我國(guó)尚無類似系統(tǒng)報(bào)道。

上海技物所第四研究室空間深低溫制冷團(tuán)隊(duì)與理化所戴巍研究員團(tuán)隊(duì)緊密合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，共同發(fā)展空間深低溫制冷技術(shù)，提出SPTC/JTC/ADR的新型復(fù)合制冷方案。其中SPTC/JTC由上海技物所第四研究室空間深低溫制冷團(tuán)隊(duì)研制，ADR由理化所戴巍研究員團(tuán)隊(duì)研制。團(tuán)隊(duì)合作攻克了斯特林型制冷機(jī)功回收主動(dòng)調(diào)相、氦節(jié)流制冷、絕熱去磁制冷、大熱容快速降溫等關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了我國(guó)首套針對(duì)空間應(yīng)用的mK溫區(qū)制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，為我國(guó)在X射線、宇宙背景輻射等天文領(lǐng)域的探測(cè)提供了重要支撐。

該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院青年人才計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院科學(xué)儀器開發(fā)等項(xiàng)目資助。

斯特林型脈管/氦節(jié)流/絕熱去磁復(fù)合制冷機(jī)系統(tǒng)原理圖

斯特林型脈管/氦節(jié)流/絕熱去磁復(fù)合制冷機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2024.08.024

供稿、供圖：陳志超、劉少帥

編輯：金崢杰