2 低温的获得方法

如何获得更低的温度
采用气体或液体作为制冷工质，因为在0.6K时所有其 他材料均为固体，只能利用氦4或氦3减压蒸发，所获 温度取决于液体上方的压力。
1K/16Pa，0.6K/37.5mPa (He4) 0.6K/72.6Pa (He3)
实际实验系统所得到的温度下限是：0.4K，而且维持 低压十分困难。
参考文献
[1] 王育竹，徐震. 激光冷却及其在科学技术中的 应用[J].物理学进展，2005，（04）:347-358. [2] 《关于低温的概念、技术和应用》毕延芳 2001/5/20 [3]
二、光学粘胶
1985年，华裔科学家朱棣文和他的同事在美国新泽西 州荷尔德尔（Holmdel）的贝尔实验室进一步用两两相 对互相垂直的六束激光使原子减速。他们让真空中的一 束钠原子先是被迎面而来的激光束阻碍下来，之后把钠 原子引进六束激光的交汇处。这六束激光都比静止钠原 子吸收的特征波长长一些。而其效果就是不管钠原子向 何方运动，都会遇上具有恰当能量的光子，并被推回到 六束激光交汇的区域。从而在这个小区域里，聚集了大 量的冷却下来的原子，组成了肉眼看去像是豌豆大小的 发光的气团。由六束激光组成的阻尼机制就像某种粘稠 的液体，原子陷入其中会不断降低速度。大家给这种机 制起了一个绰号，叫“光学粘胶”。但由于重力的作用， 这一现象并为维持多久，因为其并未使原子陷俘。
激光制冷原理
一、光的多普勒效应 波在波源移向观察者 时频率变高,而在波源 远离观察者时频率变 低 把激光束调谐到略低 于原子的谐振跃迁频 率，利用多普勒原理 就可使中性原子冷却。
二、量子力学提出，原子只能吸收特定的 光子，到达激发态，从而动量改变
朱棣文
1997年12月10日他 获得了诺贝尔物理 学奖，是第五位获 得诺贝尔奖的华人。 他研究出用激光把 原子冷却至超低温， 发展出激光冷却和 俘获原子的技术。
Hale Waihona Puke 在减压下气化是有利的。蒸汽压缩制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、蒸汽喷射制冷；氦液 化装置中用液氢、液氮预冷氦气；低温恒温器保持物体低温；液 氮冷刀；液氦抽气制冷（3He减压气化制取mK级低温）等。
相变制冷-固体升华
原理：以固体制冷剂向高真空空间升华来获得冷量。 其工作温度取决于制冷剂种类、系统压力和热负荷。 如果改变蒸汽流量，从而改变系统背压，就可以保持 一个特定的温度。
温度上限T0为:
T0 D[(ln2) / 7790 ]
1/ 3
0.0446 D
磁制冷机
磁制冷采用卡诺循环， 磁材料用稀土顺磁盐 理想磁制冷机的 COP同卡诺制冷机 的相同 磁制冷机可以在失重 状态下运行
磁制冷研究现状
低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低温 磁制冷冰箱，为各种科学研究创造极低温条件。例如用于卫星、 宇宙飞船等航天器的参数检测和数处理系统中，磁制冷还用在氦 液化制冷机上。
绝热去磁过程只能在极低温下实 现，若要实现显著的温降， 晶格热必须远小于顺磁盐的 磁极熵。在极低温下，晶格 熵为:
最大偶极子熵为:
s(晶格) 77.9R(T / D )3
s偶极子，H 0 R ln 2
3
为确保绝热去磁过程成功的温度条件为:
77.9R(T / D ) (0.01) R ln 2
如何得到更低的温度？
磁热效应
固体磁性物质（磁性离子构 成的系统）在受磁场作用磁 化时，系统的磁有序度加强 （磁熵减小），对外放出热 量；
再将其去磁，则磁有序度下 降（磁熵增大），又要从外 界吸收热量。 这种磁性离子系统在磁场施 加与除去过程中所出现的热 现象称为磁热效应
磁热效应基本原理
激光冷却和“捕获”钠原子的过程
单分子激光制冷
就在最近，美国耶鲁大学的爱德 华· 舒曼和戴维· 德米尔，使用了既有 技术和几项新技术，把氟化锶(SrF) 冷冻到仅有几百微开氏度。从而使超 低温激光冷却扩展到分子领域。
玻色-爱因斯坦凝聚
某些原子的温度足够 低时，会有相变— 新的物质状态产生， 所有的原子会突然 聚集在一种尽可能 低的能量状态，这 就是我们所说的玻 色-爱因斯坦凝聚 。
磁制冷研究现状
磁制冷不要压缩机、噪声小，小型量轻等优点，进一步 扩大其高温制冷应用很有诱惑力，十分重视高温磁制冷 的开发。目前，力图使高温磁制冷实用公的研究包括以 下主要方面： ①寻找合适的磁材料（工质）。应具有：离子磁矩大、 居里点接近室温、以较小磁场（例如1T）作用与除去 作用时能够引起足够大的磁熵变（即磁热效应显著）。 现已研制出一系列稀土化合物作磁制冷材料，如RAl,R-Ni,R-Si等系列的物质（其中R代表稀元素），还 有复合型磁制冷物质（由居里点不同的几种材料组成） ②外磁场。需采用高磁通密度的永磁体 ③研究合适的磁循环并解决实现循环所涉及的热交换问 题
低温的获得方法
低温获得方法
1、相变制冷（液体、固体） 2、膨胀制冷—节流，放气 3、热电制冷、辐射制冷、吸附制冷 4、磁制冷、激光制冷
1 、相变制冷-液体汽化

在制冷技术中最常采用的方法，此方法简单有效
液体气化的制冷量 压力↓，沸点↓，气化潜热↑，制冷量↑。为增大制冷量，液体
高温区磁制冷尚处于研究阶段。虽然1976年Brown就 成功进行了室温磁制冷实验。但温度20K以上，特别是 近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，顺磁盐中 磁有序态难以形成，它在受外磁场作用前后造成的磁系 统熵变大大减小，磁热效应也大大减弱。所以，进入高 温区制冷，低温磁制冷所采用的材料和循环都不适用。
制冷量 应用：冷却红外或射线探测器、机载红外设备等 优点：1)升华潜热较高；2)储存密度较大；3)固体制 冷剂温度较低，可提高红外探测器的灵敏度
辐射制冷
利用物体向低温冷源辐射散热的方式进行制冷。通常用于卫星或 空间飞行器，以宇宙空间为低温冷源。
由上海技物所为我国风云3号气象卫星研制的中分辨率成像光谱仪 辐射制冷器是新一代大冷量辐射制冷器。主要热力学性能指标： 二级温度达到82K，在97K下制冷量达到110mW，突破了100mW大关。