无液氦稀释制冷机组是商业上可以买到的温度最低的制冷设备,不需要液氦辅助就可以实现仅仅高于绝对零度0.01度的极低温,主要用于为量子计算机芯片提供用于维持量子态必需的极低温环境。
稀释制冷机是一种能够提供接近绝对零度环境的高端科研仪器,在凝聚态物理、材料科学、粒子物理乃至天文探测等科研领域有着广泛应用。2021年6月24日,中国科学院物理研究所自主研发的无液氦稀释制冷机原型机成功实现10.9mK(零下273.1391度,即绝对零度以上0.0109度)的连续稳定运行,满足超导量子计算需要的条件,单冲程运行模式可低于8.7mK(零下273.1413度,即绝对零度以上0.0087度),基本达到了国际主流产品的水平。
那么我们来对比下氟利昂制冷机组、液氨制冷机组、无液氦稀释制冷机组的各自优缺点:
1、氟利昂制冷机组
氟利昂制冷剂制冷方式是现在全球普及的制冷方式,虽然前期投入比液氨制冷机组大,但是后期无需专人维护,而且安装无毒,氟利昂泄漏不会造人人员伤害,后续成本也低,而且氟利昂制冷空调维修全球普及率最高,维护人员多,便于保养。化学式中氟原子数越多,对人体越无害,对金属的腐蚀性越小,化学稳定性越好。
2、 液氨制冷机组
液氨制冷方式是现在最便宜的低温制冷方式,前期投入小,低温效果好。但是液氨制冷最大的缺点就是安全问题,安装完毕后必须专人天天检查,不仅加大了后期维护费用,而且氨气泄漏浓度达到16%—23%以后,一遇明火,立即就会引发爆炸。其中致人死最主要的原因是氨气中毒引发的呼吸道水肿。
3、无液氦稀释制冷机组
无液氦稀释制冷机无需液氦供应,内部空间大,连续运行时间长且运行维护方便。安全性能高,前期投入庞大,需要专业人才专业维护,后期成本高。仅适用于需要极限温度的科研单位、实验室适合使用。