近日，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所合作，圍繞未來空間天文觀測所需的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)進展）”以Short Report（簡訊）形式發(fā)表在制冷領(lǐng)域國際期刊International Journal of Refrigeration（《國際制冷學(xué)報》）。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)因其具有的長壽命、高效率、低振動等優(yōu)勢，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，成為空間mK溫區(qū)應(yīng)用的首選。兩者結(jié)合可以實現(xiàn)高效緊湊的適用于空間的深低溫制冷系統(tǒng)，國際上已應(yīng)用于Astro-H、XRISM、ATHENA等天文項目，而我國尚無類似系統(tǒng)報道。

上海技物所第四研究室空間深低溫制冷團隊與理化所戴巍研究員團隊緊密合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，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隊研制，ADR由理化所戴巍研究員團隊研制。團隊合作攻克了斯特林型制冷機功回收主動調(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)，成功研制了我國首套針對空間應(yīng)用的mK溫區(qū)制冷系統(tǒng)實驗樣機，為我國在X射線、宇宙背景輻射等天文領(lǐng)域的探測提供了重要支撐。

該研究獲得了中國科學(xué)院青年人才計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院科學(xué)儀器開發(fā)等項目資助。

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

斯特林型脈管/氦節(jié)流/絕熱去磁復(fù)合制冷機系統(tǒng)實驗裝置

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