1-低温技术及其应用课件.pptx

1、Institute of Refrigeration and Cryogenics低温现象（自然的，人造的）低温现象（自然的，人造的）低温技术应用：科学、工程低温技术应用：科学、工程主要内容主要内容低温学：研究低温的科学和技术低温学：研究低温的科学和技术低温技术：如何获得和维持低温低温技术：如何获得和维持低温Institute of Refrigeration and Cryogenics教材：教材：制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，制冷原理与技术，王如竹等编，科学出版社，20032003教学参考书：教学参考书：1.1.低温系统，王如竹等编著，上海交通大学出版社，低温系统，王如竹等编著，

2、上海交通大学出版社，200020002.2.制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，制冷与低温原理，陈光明等编，机械工业出版社，200020003.3.制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，制冷与低温技术原理，吴业正等著，高等教育出版社，200420044.4.最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，最新低温制冷技术，陈国邦等著，上海交通大学出版社，200320035.5.Cryogenic Engineering,Flynn T.M.,New York,1997Cryogenic Engineering,Flynn T.M.,New York,19976.6.Cryo

3、genic Engineering,Timmerhaus K.D.Reed,R.P.Cryogenic Engineering,Timmerhaus K.D.Reed,R.P.Reed.New York,2007Reed.New York,20077.7.The art of cryogenics:low-temperature experimental The art of cryogenics:low-temperature experimental techniques/edited by Guglielmo Ventura and Lara techniques/edited by G

4、uglielmo Ventura and Lara Risegari.Amsterdam;Boston:Elsevier,2008Risegari.Amsterdam;Boston:Elsevier,2008教材与教学参考书教材与教学参考书Institute of Refrigeration and Cryogenics第一章第一章 低温系统导论低温系统导论(2(2学时学时)第二章第二章 材料的低温性能材料的低温性能(4(4学时学时+2+2学时实验学时实验)第三章第三章 气体液化系统气体液化系统(4(4学时学时)第四章第四章 气体分离及纯化系统气体分离及纯化系统(4(4学时学时)第五章第五章

5、小型低温制冷机小型低温制冷机(4(4学时学时+2+2学时实验学时实验)第六章第六章 低温贮运设备低温贮运设备(4(4学时学时)第七章第七章 真空技术及真空泵真空技术及真空泵(4(4学时学时+2+2学时实验学时实验)第八章第八章 低温测量系统低温测量系统(4(4学时学时)教学安排教学安排Institute of Refrigeration and Cryogenics低低 温温Institute of Refrigeration and CryogenicsUniverse and Nature10101010101010101010100-2-4-6-8-10246810Temperature

6、(K)Temperature(K)01299300301Absolute zeroTempscale5.cdrRoom temperature温度计温度计低温低温制冷制冷极低温极低温温度计温度计Institute of Refrigeration and Cryogenicsl 通过通过123K(-150)123K(-150)来分界温区来分界温区l 高于高于123K123K为制冷（为制冷（RefrigerationRefrigeration），又称普），又称普冷；冷；l 空调空调Air-ConditioningAir-Conditioning是制冷技术在其最高是制冷技术在其最高温区的应用温区的

7、应用l 低于低于123K123K为低温（为低温（CryogenicsCryogenics）l“Refrigeration and Cryogenics”Refrigeration and Cryogenics”低温温度的划分低温温度的划分Institute of Refrigeration and Cryogenics1.1.低温物理和低温工程低温物理和低温工程2.2.气体液化和分离气体液化和分离3.3.热力学和传递过程热力学和传递过程4.4.低温制冷装置低温制冷装置5.5.低温生物和低温医疗低温生物和低温医疗6.6.食品冷冻和保存食品冷冻和保存7.7.低温储存低温储存8.8.低温运输低温运输

8、9.9.空调空调10.10.热泵、冷能利用热泵、冷能利用国际制冷学会（国际制冷学会（IIRIIR）Institute of Refrigeration and Cryogenics地球上最冷的地方在南极：地球上最冷的地方在南极：-88.3-88.3C C，被称为被称为“世界寒极世界寒极”什么地方最冷？什么地方最冷？在月球的阴面，温度为在月球的阴面，温度为-160-160C C在宇宙深处，温度为在宇宙深处，温度为-270-270C CInstitute of Refrigeration and Cryogenics“绝对零度绝对零度”，即，即-273.15-273.15C C，用，用0K0K表示

9、。表示。但这只是理论值，科学家正在通过实验，但这只是理论值，科学家正在通过实验，努力向它逼近。努力向它逼近。在在19581958年，已达到距离年，已达到距离0K0K只有只有1/1/万，经过万，经过十几年的艰苦努力，终于逼近到距离十几年的艰苦努力，终于逼近到距离0K0K只只有有1/1/亿的新纪录。亿的新纪录。冷的极限？冷的极限？Institute of Refrigeration and Cryogenics低低 温温 学学研究低温的科学和技术原理研究低温的科学和技术原理Institute of Refrigeration and Cryogenics研究如何获得和维持低温的科学和技术原理研究如

10、何获得和维持低温的科学和技术原理根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及根据在不同的低温温度区域，获得低温的方法及研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷研究对象，又可把制冷技术分为普冷技术和深冷技术。技术。习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称习惯上把普冷技术称为制冷技术，把深冷技术称为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相为低温技术。获得低温的方式有很多，主要是相变制冷和节流膨胀制冷。变制冷和节流膨胀制冷。低温制冷技术低温制冷技术Institute of Refrigeration and Cryogenics 超导超导(无电阻、完全抗磁性无电阻、完全抗磁性)。虽然超导和材。虽然

11、超导和材料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止料研究力图摆脱低温的限制，但到目前为止还必须依赖低温还必须依赖低温低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生低温，孕育了许多奇妙的物理现象，使物质性质发生奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段奇特的变化，成为物理学前沿研究不可或缺的手段 超流。液氦超流。液氦IIII表现出几乎为表现出几乎为0 0的流动阻力和的流动阻力和一些奇妙现象一些奇妙现象 高能物理。大型粒子加速器（加速粒子），高能物理。大型粒子加速器（加速粒子），探测器（测量碰撞后的粒子）探测器（测量碰撞后的粒子）玻色玻色-爱因斯坦凝聚：原子在接近爱因斯坦凝聚：原子在接近0K0K时特

12、殊物态时特殊物态 Institute of Refrigeration and Cryogenics10101010101010101010100-2-4-6-8-10246810Temperature(K)Center of hottest starsSupernova explosionsCenter of sunSurface of hottest starSurface of SunMetal boiling pointsFission(atomic)bombOrganic lifeAir liquefies He liquefies/Superfluid He44Superfluid

13、 He3Bose-Einstein and Fermionic condensatesColdest atomic temperature(sodium atoms)Coldest temperature(bulk sample)Coldest nuclear temperature(rhodium nuclei)C ry o g e n icsU L TWarmest superconductor(140 K)C o n ve n tio n a lre frig e ratio nRoom temperatureN uc le arre a ction sHigh TF usio n(h

14、ydrog en)b om bT e m p s ca le 4.c d rPlasmaS pa ce background (3 K)早期的早期的NobelNobel物理学奖物理学奖S.BoseY ear19001910192019301940Nobel Prizes(begun in 1901)Onnes(1908 Liquid helium)Onnes(1911 Superconductivity)Max Planck(1900)Albert Einstein(1905)Louis de Broglie(1924)Werner Heisenberg(1927)William Giauqu

15、e(1933)(1913)Properties of matter at low Tand production of liquid helium(1918)Energy quantization(1921)Particle nature of light(1929)Wave nature of particles(1932)Uncertainty principle(1949)Thermochemistry and Adiabatic demagnetizationRed=Cryogenic phenomenaP.K apitza (193 8 Su p erflu id He-4)Will

16、em Keesom(1926 solid He-4)Bose&Einstein(1924 condensate)N o be l Priz e,1 978Kamerlingh OnnesEinsteinInstitute of Refrigeration and CryogenicsYear197019721973197819851987199619971998200120032003Medicine198019902000Bardeen,Cooper,and SchriefferEsaki,Giaever,and JosephsonKapitza,et al.KlitzingBednorz

17、and MullerDe GennesLee,Osheroff,and RichardsonChu,Tannoudji,and PhillipsLaughlin,Stormer,and TsuiCornell,Ketterl,and WiemanAbrikosov,Ginzburg,and LeggettLauterbur and MansfieldTheory of superconductivityTunneling in semi-&superconductorsInventions&discoveries in low temp.physicsQuantized Hall effect

18、High-temperature superconductorsOrdering in matter(supercond.&superfluids)Superfluidity in He-3Laser cooling and trapping of atomsFractional quantum Hall effectBose-Einstein condensation in dilute gasesTheory of superconductors and superfluidsMagnetic resonance imaging(MRI)Red=Cryogenic phenomenaNIS

19、TNIST近期的近期的NobelNobel物理学奖物理学奖Institute of Refrigeration and Cryogenics日常的低温现象日常的低温现象Institute of Refrigeration and Cryogenics 空气在空气在-196-196C C时会变时会变成浅蓝色液体成浅蓝色液体 塑料、橡胶、鲜艳的花塑料、橡胶、鲜艳的花朵、生鸡蛋放进液氮中朵、生鸡蛋放进液氮中会变成玻璃一样，轻敲会变成玻璃一样，轻敲会发出会发出“叮当叮当”声，重声，重敲会破碎敲会破碎低温下的空气低温下的空气低温低温-性质性质Institute of Refrigeration and

20、Cryogenicsl 将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它将一条金鱼放入液态空气中，再取出来时，它会变得硬邦邦，晶莹剔透，仿佛水晶玻璃制成会变得硬邦邦，晶莹剔透，仿佛水晶玻璃制成的工艺品。的工艺品。l 更为神奇的是，再将它放入水中时，它竟然复更为神奇的是，再将它放入水中时，它竟然复活了，又摆动着轻纱般的尾巴游了起来。活了，又摆动着轻纱般的尾巴游了起来。低温低温-金鱼金鱼Institute of Refrigeration and Cryogenics 低温时，金属的内部结构低温时，金属的内部结构会变得松散会变得松散-金属的金属的“冷冷脆现象脆现象”。锡，铝、镁甚至钢铁也都锡，铝、镁甚至钢

21、铁也都怕冷。怕冷。怕怕“冷冷”的金属的金属只有金属铜和一些合金（如铝合金、钛合金等）不怕只有金属铜和一些合金（如铝合金、钛合金等）不怕低温。所以对于低温设备，如盛液态空气，常使用金低温。所以对于低温设备，如盛液态空气，常使用金属铜作容器属铜作容器Institute of Refrigeration and Cryogenics 19131913年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁年，俄罗斯一南极探险队，由于装汽油的铁箱是用锡焊的，一遇低温，焊锡变成粉末，汽油箱是用锡焊的，一遇低温，焊锡变成粉末，汽油全部漏光全部漏光探险队全部遇难。之后，凡到南、探险队全部遇难。之后，凡到南、北极或严寒地区，油

22、箱一律不许用锡焊北极或严寒地区，油箱一律不许用锡焊 19381938年和年和19401940年，在比利时，先后有两座铁桥在年，在比利时，先后有两座铁桥在严寒中轰然坍塌严寒中轰然坍塌 19431943年年2 2月，美国纽约附近的一个直径月，美国纽约附近的一个直径1212米的贮米的贮气罐突然破裂气罐突然破裂金属冷脆带来的灾难金属冷脆带来的灾难Institute of Refrigeration and Cryogenics 将液态空气洒在地面，由于温度骤降，将液态空气洒在地面，由于温度骤降，使地雷中的金属弹簧变脆而失去弹性，使地雷中的金属弹簧变脆而失去弹性，也不会爆炸也不会爆炸 应用冷脆技术，不仅

23、可以迅速粉碎那些应用冷脆技术，不仅可以迅速粉碎那些硬度高、弹性大的材料硬度高、弹性大的材料 ，还可以控制，还可以控制颗粒大小颗粒大小 对于回收废钢，在回炉炼钢前的粉碎一对于回收废钢，在回炉炼钢前的粉碎一直是个难题。过去用直是个难题。过去用14001400C C的电弧来的电弧来切割，既费力，又污染环境。现在利用切割，既费力，又污染环境。现在利用低温冷脆技术，一小时可以粉碎低温冷脆技术，一小时可以粉碎3030吨吨利用金属利用金属“冷脆冷脆”现象现象Institute of Refrigeration and Cryogenics超导现象超导现象将金属铅做成一个圆环，放入接近将金属铅做成一个圆环，放

24、入接近0K0K的超低温的超低温中，这时，铅的电阻消失了！在环中通上电流，中，这时，铅的电阻消失了！在环中通上电流，然后截断电源，将整套装置密封起来。放置二然后截断电源，将整套装置密封起来。放置二年后将装置打开，测量电流强度，发现几乎没年后将装置打开，测量电流强度，发现几乎没有变化！有变化！原来，超导环的电阻为原来，超导环的电阻为0 0，因此没有能量损失，因此没有能量损失，环中的电流可以几年、十几年、几十年经久不环中的电流可以几年、十几年、几十年经久不衰！衰！19331933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感

25、应强度恒为零，且不论对导体是先降将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。体就把全部磁通量排出体外。NN降温降温加场加场迈斯纳效应：完全抗磁性迈斯纳效应：完全抗磁性注：注：S S表示超导态表示超导态N N表示正常态表示正常态Institute of Refrigeration and Cryogenics在锡盘上放一条永久磁铁，当温度在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离

26、后，开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了。便悬空不动了。迈纳斯效应迈纳斯效应:磁悬浮磁悬浮这是由于磁铁的磁力线不能穿这是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。动了。超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车磁悬浮磁悬浮Institute of Refrigeration and Cryogenics超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车(Maglev)(Magle

27、v)Japan Railway 500 km/hr 10 cm lift LTS magnets 4 magnets/cryostat 7 W at 4 K 18 km test trackInstitute of Refrigeration and Cryogenics 导热系数非常大导热系数非常大 热阻很小热阻很小 粘度很小粘度很小 “喷泉现象喷泉现象”“”“爬行膜爬行膜”可以无阻碍的通过极细的狭缝和小孔；并可以无阻碍的通过极细的狭缝和小孔；并在和任何固体表面接触时会形成一层薄膜在和任何固体表面接触时会形成一层薄膜（2 21010-5-5mmmm）超流氦超流氦HeHe的特殊现象的特殊现象I

28、nstitute of Refrigeration and CryogenicsHeHe中的中的喷泉效应喷泉效应 HeHe中的中的“爬行膜爬行膜现象现象”Institute of Refrigeration and Cryogenics超导应用超导应用Institute of Refrigeration and Cryogenics 目前世界上的电能约有目前世界上的电能约有1/41/4损耗在输电线路上，损耗在输电线路上，1/41/4损耗在变压器上损耗在变压器上 若使用无电阻的超导材料若使用无电阻的超导材料做输电线路和变压器，再做输电线路和变压器，再采用一些绝热技术，将实采用一些绝热技术，将实现

29、现“无损耗输电无损耗输电”，等于，等于增加了增加了1 1倍的发电量倍的发电量电力传输电力传输Institute of Refrigeration and Cryogenics最近科学家已设计制造出实用超导电缆：最近科学家已设计制造出实用超导电缆：利用一种合金氧化物（钇钡铜氧）制成几毫米的利用一种合金氧化物（钇钡铜氧）制成几毫米的带子，缠绕在装有流动液氮的管子上，再加上几带子，缠绕在装有流动液氮的管子上，再加上几层绝热层，一根超导电缆就制成了。层绝热层，一根超导电缆就制成了。它的输电能力是铜的它的输电能力是铜的30-4030-40倍。倍。超导电缆超导电缆Institute of Refriger

30、ation and Cryogenics研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无研究人员已制造出超导磁体，它无电阻、无热损耗，易产生强大磁场，且节省电力：热损耗，易产生强大磁场，且节省电力：5 5万高斯的强磁场只需几百瓦功率的电源，万高斯的强磁场只需几百瓦功率的电源，过去，一个产生过去，一个产生5 5万高斯强磁场的磁体重量万高斯强磁场的磁体重量达达2020吨，而目前只有几公斤。吨，而目前只有几公斤。超导磁体超导磁体Institute of Refrigeration and Cryogenics高速计算机的散热高速计算机的散热是超大规是超大规模集成电路面临的难题模集成电路面临的难题而超导计算机中

31、的超大规模而超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连集成电路，其元件间的互连线用接近线用接近零电阻零电阻的超导器件的超导器件来制作，不存在散热问题，来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大同时计算机的运算速度大大提高。提高。超导计算机超导计算机Institute of Refrigeration and Cryogenics核能包括裂变能和聚变能。核能包括裂变能和聚变能。裂变裂变是重金属元素是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前已经的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商用化。实现商用化。氘氚聚变氘氚聚变释放出大量能量，其燃料氘在地球上释放出大量能量，其燃料氘在地

32、球上几乎可以说是无穷尽的。聚变反应堆不产生污几乎可以说是无穷尽的。聚变反应堆不产生污染物质，产物没有放射性，具有接近无限资源染物质，产物没有放射性，具有接近无限资源的比较理想的能源。的比较理想的能源。聚变能聚变能是目前认识到的可以最终解决人类能源是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。和环境问题的最重要的途径之一。核聚变核聚变Institute of Refrigeration and Cryogenics 磁约束（托卡马克）磁约束（托卡马克）掼性约束（激光）掼性约束（激光）核聚变是在核聚变是在近亿度近亿度的高温下进行，产生的高热等的高温下进行，产生的高热等离子体，很难

33、找到能承受如此高温的容器，使得离子体，很难找到能承受如此高温的容器，使得人工受控热核反应久久不能实现人工受控热核反应久久不能实现 利用超导磁体可以约束热核反应在其中进行。因利用超导磁体可以约束热核反应在其中进行。因为在近亿摄氏度的高温下，氢原子变成了一个个为在近亿摄氏度的高温下，氢原子变成了一个个带电粒子，强大的磁场可以阻止它们外溢带电粒子，强大的磁场可以阻止它们外溢 超导磁体应用是可控热核聚变研究的一次重大突超导磁体应用是可控热核聚变研究的一次重大突破，使得破，使得磁容器磁约束磁容器磁约束的连续稳态运行成为现实的连续稳态运行成为现实如何实现连续可控核聚变？如何实现连续可控核聚变？Instit

34、ute of Refrigeration and Cryogenics 大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电大体积超导磁体相对于常规磁体可大大节约电能，从而提高能量使用的效率。能，从而提高能量使用的效率。超导磁体的电流密度更高，从而减小装置的尺超导磁体的电流密度更高，从而减小装置的尺寸，节约投资。寸，节约投资。现在对于托卡马克装置，除了纵场磁体外，极现在对于托卡马克装置，除了纵场磁体外，极向场磁体也开始采用超导技术。向场磁体也开始采用超导技术。中国科学院等离子体物理研究所的中国科学院等离子体物理研究所的EASTEAST装置装置和和在法国正在建设中的在法国正在建设中的ITERITER装置装置

35、。超导磁约束超导磁约束ITER:ITER:国际热核聚变实验堆国际热核聚变实验堆 超导托克马克装置超导托克马克装置 装置中心是高温氘氚等离子体装置中心是高温氘氚等离子体环：环：15MA15MA的等离子体电流的等离子体电流，核核聚变反应功率达聚变反应功率达5050万万kWkW，每秒，每秒释放多达释放多达10001000个高能中子个高能中子。1818个大型超导环向场线圈，将个大型超导环向场线圈，将产生产生5.3T5.3T的环向强磁场的环向强磁场。中心。中心是一个巨大的超导线圈筒，在是一个巨大的超导线圈筒，在环向场线圈外侧有环向场线圈外侧有6 6个大型环个大型环向超导线圈。向超导线圈。线圈的作用是产生

36、等离子体电线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。流和控制等离子体位形。系统罩于一个低温杜瓦中，坐系统罩于一个低温杜瓦中，坐落于底座上，构成实验堆本体落于底座上，构成实验堆本体Institute of Refrigeration and CryogenicsITER:ITER:超导磁体和低温系统超导磁体和低温系统 ITERITER纵场导体和中心螺管导体采用纵场导体和中心螺管导体采用NbNb3 3SnSn，其余导，其余导体采用体采用NbTiNbTi材料，超导磁体总重量约材料，超导磁体总重量约1013010130吨吨 所有磁体采用所有磁体采用4.5K4.5K超临界氦迫流冷却超临界氦迫流冷却

37、，设计的低，设计的低温制冷系统提供温制冷系统提供55kW55kW制冷量制冷量，流量是，流量是0.13kg/s0.13kg/s。80K80K的热辐射屏需要的冷量大约是的热辐射屏需要的冷量大约是660kW660kW。整个体系还包括：供电系统、供水系统、氚工厂整个体系还包括：供电系统、供水系统、氚工厂、高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。、高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。其中大型氦低温技术和系统是保障其中大型氦低温技术和系统是保障ITERITER装置可靠装置可靠工作的前提和基础，用以支持其内部各种大中型工作的前提和基础，用以支持其内部各种大中型超导磁体的运行。超导磁体的运行。Institut

38、e of Refrigeration and CryogenicsITERITER：历史和现状：历史和现状 19871987年，美、苏、欧、日开始年，美、苏、欧、日开始ITERITER设计设计 19911991年，西班牙、法国、日本、加拿大提出申请，日本和年，西班牙、法国、日本、加拿大提出申请，日本和法国入围，加拿大于法国入围，加拿大于20032003年年1212月宣布因缺乏资金退出。月宣布因缺乏资金退出。19991999年，美国因自认为在核聚变技术上领先其他国家，宣年，美国因自认为在核聚变技术上领先其他国家，宣布退出，后又因国内热核聚变研究进展缓慢，担心被布退出，后又因国内热核聚变研究进展缓

39、慢，担心被ITERITER甩下，于甩下，于20032003年年2 2月重新加入。中国也在同日正式入盟月重新加入。中国也在同日正式入盟 20062006年年6 6月，在计划提出月，在计划提出2020年，选址耗时年，选址耗时1818年后，年后，ITERITER的建的建设地点终于花落法国南部。欧盟、美国、俄罗斯、日本、设地点终于花落法国南部。欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度、中国共投资韩国、印度、中国共投资100100亿欧元，开始工程建设。亿欧元，开始工程建设。预计预计20162016年建成。它将成为世界第一个产出能量大于输入年建成。它将成为世界第一个产出能量大于输入能量的核聚变装置，为制造真正

40、的反应堆作准备。这是一能量的核聚变装置，为制造真正的反应堆作准备。这是一个事关世界未来能源安全的重大国际合作项目，其意义不个事关世界未来能源安全的重大国际合作项目，其意义不亚于人类基因组计划和国际空间站。亚于人类基因组计划和国际空间站。Institute of Refrigeration and Cryogenics 低温技术还可以使低温技术还可以使生命冷藏生命冷藏成为可能成为可能 前面的金鱼冻僵又复活的实验生动地前面的金鱼冻僵又复活的实验生动地告诉我们：生命可以冷藏！但必须是告诉我们：生命可以冷藏！但必须是“速冻速冻”才能复活，如果是缓慢降至才能复活，如果是缓慢降至超低温，仍无法复活超低温，

41、仍无法复活冷冻生命冷冻生命Institute of Refrigeration and Cryogenics因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，因为缓慢降温时，动物细胞中的水分会结冰，使体积膨胀，于是细胞壁破裂而死亡。使体积膨胀，于是细胞壁破裂而死亡。当当“速冻速冻”至超低温时，细胞中的水分来不及至超低温时，细胞中的水分来不及膨胀，细胞壁也不会破裂，虽然细胞停止了活膨胀，细胞壁也不会破裂，虽然细胞停止了活动，不再进行新陈代谢，一旦温度上升，生命动，不再进行新陈代谢，一旦温度上升，生命可以复活。可以复活。目前，科学家正在加紧探索其中的奥秘，寻找目前，科学家正在加紧探索其中的奥秘，寻找一种可以

42、延长人类寿命的新途径。一种可以延长人类寿命的新途径。必须必须“速冻速冻”Institute of Refrigeration and Cryogenics 19671967，美国物理学家詹姆斯，美国物理学家詹姆斯.倍德福身患癌症，倍德福身患癌症，他请医生为自己做了他请医生为自己做了“速冻冷藏速冻冷藏”处理，经处理，经8 8小小时处理，将体温迅速降至时处理，将体温迅速降至-196-196C C超低温，然后超低温，然后装进一个合金钢器具里，放进一座装进一个合金钢器具里，放进一座“冰墓冰墓”中，中，冰墓内的温度保持在冰墓内的温度保持在-200-200C C。速冻速冻“冷藏人冷藏人”现在国外已经建有几

43、座这样的冰墓，有几十个现在国外已经建有几座这样的冰墓，有几十个“速冻冷藏人速冻冷藏人”停留者，他们将度过停留者，他们将度过100100年甚至年甚至几百年，期待医学发达可以根治自己的疾病时几百年，期待医学发达可以根治自己的疾病时再复苏过来。再复苏过来。Institute of Refrigeration and Cryogenics冰墓设备先进冰墓设备先进完全自动管理完全自动管理甚至不怕停电和地震等灾害甚至不怕停电和地震等灾害2020万美元万美元/每具每具速冻速冻“冷藏人冷藏人”的安全性和价格的安全性和价格Institute of Refrigeration and Cryogenics 首先，

44、首先，“速冻冷藏速冻冷藏”处置必须在生前活着时去处置必须在生前活着时去做，实际很难确定，甚至会有谋杀的嫌疑；做，实际很难确定，甚至会有谋杀的嫌疑；其次，对其次，对“冰墓冰墓”中的人如何称呼？委婉地称中的人如何称呼？委婉地称其为其为“患者患者”，事实上已停止心跳和呼吸，与，事实上已停止心跳和呼吸，与普通患者完全不同；普通患者完全不同；最后，最后，100100年或几百年后，他的后代是否会同意年或几百年后，他的后代是否会同意”老祖宗老祖宗”再复活再复活“重返人间重返人间”呢？呢？这些涉及法律和道德上的新问题也是现代新科这些涉及法律和道德上的新问题也是现代新科技为人类带来的新问题。技为人类带来的新问题

45、。对生命速冻的看法对生命速冻的看法Institute of Refrigeration and Cryogenics低温应用研究进展低温应用研究进展 美国能源部美国能源部2020年大科年大科学工程发展规划学工程发展规划Institute of Refrigeration and Cryogenics2828个项目个项目RHIC at BNLRHIC at BNL4 miles circumferenceSM working at 4.5KLHC at CERNLHC at CERN欧洲粒子物理研究中心欧洲粒子物理研究中心4.3 km4.3 km radius,27 km circumferen

46、ce,100 m undergroundLHC:LHC:采用超流氦采用超流氦(1.8K)(1.8K)冷却的超导磁体冷却的超导磁体Institute of Refrigeration and CryogenicsLHC PhysicsLHC PhysicsAtlas detectorAtlas detectorDiameter:25 mBarrel toroid length:26 mChamber span:46 mOverall weight:7000 TA Toroidal LHC ApparatusATLAS Group151 Institutions from 35 Countries

47、2200 PhysicistsInstitute of Refrigeration and Cryogenics空间和军事技术空间和军事技术火箭推进剂：液氧、液氢。液氢液氧发动机推力火箭推进剂：液氧、液氢。液氢液氧发动机推力比煤油液氧强大约比煤油液氧强大约30%30%，已用于土星，已用于土星5 5号运载火箭号运载火箭完成登月任务。美国单台氢氧发动机推力已超过完成登月任务。美国单台氢氧发动机推力已超过2MN2MN。液固氢混合物（氢浆或胶氢）。液固氢混合物（氢浆或胶氢）空间设备的地面模拟试验：航天器地面试验需要空间设备的地面模拟试验：航天器地面试验需要模拟空间的冷黑和高真空环境，也包括发动机大模拟

48、空间的冷黑和高真空环境，也包括发动机大量高温排气的处理以保持实验舱环境的问题量高温排气的处理以保持实验舱环境的问题 空间红外遥感遥测空间红外遥感遥测:光电子器件在低温下光电子器件在低温下,热噪声热噪声低、灵敏度高、运行速度快低、灵敏度高、运行速度快Institute of Refrigeration and Cryogenics低温液体火箭推进低温液体火箭推进Ariane 5(25t HAriane 5(25t H2 2,130t O,130t O2 2)AMS-02AMS-02采用工作在超流氦温度采用工作在超流氦温度(1.8K)(1.8K)下的超导磁替代下的超导磁替代AMS-01AMS-01

49、的永磁体，的永磁体，AMS-02AMS-02探测器的灵敏度探测器的灵敏度大大提高（大大提高（6 6倍以上）倍以上）探索暗物质探索暗物质探索反物质探索反物质AMS-2AMS-2 L La au un nc ch h M M i i s ss si i o on n T Te el l e es sc co op pe e D D i i a am m.m m T Te el l e es sc co op pe e T Te em m p p.K K D D e et te ec ct to or r T Te em m p p.K K S Sc ci i e en nc ce e F Fu u

50、n nd di i n ng g 1 19 98 83 3 1 19 98 89 9 1 19 99 95 5 2 20 00 01 1 2 20 00 03 3 IR A S C O B E ISO W M A P SPITZER 0.6 0.2(D IR B E)0.6 1.5 0.8 3 1.6 3 90 5 3 1.6 1.8 1.6 FIR-Survey C osm i c B ackground FIR O bservatory C osm i c B ackground FIR-O bservatory N A SA,N L,U K N A SA ESA N A SA N A S