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費勉儀器推出無液氦1K制冷機
文章來源：費勉儀器
作為元素周期表中排名第二的元素，氦是一種不可再生資源，在低溫、半導體和尖端科研領域具有不可替代性。作為惰性稀有氣體，氦氣在空氣中的含量極低，采用常規空分等操作的難度和能耗都非常大。目前在市場上流通的氦氣是從天然氣中提取的。我國天然氣中氦含量很低，提取成本很高，國內的氦氣幾乎全部依賴進口，而且供應市場并不穩定。目前其價格持續上漲，只能滿足大宗和協議采購的供給，而且考慮到低溫液氦的運輸損耗，個別地區無液氦可用。隨著貿易沖突的持續與升級，研究氦的節約使用、加強回收利用乃至探索液氦的替代技術顯得尤為緊迫。
借助閉循環制冷機來實現液氦溫度成為一個理想選擇。比如GM制冷機、脈管制冷機等，已在低溫制冷領域得到廣泛應用。然而，與液氦制冷相比，這類制冷機普遍存在一點局限：就是二級冷頭處的最低溫度一般為2.3K。如需獲得更低溫度，需要借助價格更為昂貴的He3，采用稀釋制冷的手段。但是地球上的He3極其稀少，目前預測地球上總的He3的儲量大約為500kg，市場上一標升He3氣體的價格在2萬人民幣左右。這極大地增加了獲取1K溫區的成本，限制了極低溫實驗的開展。
費勉儀器自主研發無液氦1K制冷機
借助閉循環制冷機來實現液氦溫度成為一個理想選擇。比如GM制冷機、脈管制冷機等，已在低溫制冷領域得到廣泛應用。然而，與液氦制冷相比，這類制冷機普遍存在一點局限：就是二級冷頭處的最低溫度一般為2.3K。如需獲得更低溫度，需要借助價格更為昂貴的He3，采用稀釋制冷的手段。但是地球上的He3極其稀少，目前預測地球上總的He3的儲量大約為500kg，市場上一標升He3氣體的價格在2萬人民幣左右。這極大地增加了獲取1K溫區的成本，限制了極低溫實驗的開展。
圖1 無液氦1K制冷劑
該款制冷機為GM-JT復合制冷機，由常規的GM制冷機為氦氣預冷后進入JT制冷機實現1K低溫。根據用戶的不同需求，JT制冷機氣路有開式和閉式兩種可選。開式模式下，制冷機最低溫運行時氦氣消耗量為0.7SLM, 常規的氣體鋼瓶持續工作時間可達6天；如果搭配額外的氣路和過濾系統實現閉式模式，可以將氦氣重復利用，進一步降低低溫系統的使用成本。
該產品特點如下：
1） 不消耗資源稀缺且價格昂貴的液氦，運行成本低；
2） 可兼容超高真空環境；
3） 體積小巧緊湊，安裝法蘭為DN100CF，方便系統集成；
4） 降溫速度快，從室溫開機降至最低溫只需8小時；
5） JT制冷機的最低溫可達1.1K；
6） JT制冷機的制冷量20mW@1.5K；
圖2 1K制冷劑降溫曲線
圖3 JT冷頭溫度穩定性曲線
后續我們將在該制冷機基礎上開發多種應用場景下的低溫恒溫器和低溫樣品架，以滿足不同實驗需求。
