典型文献
以氦-4为唯一工质的1.8 K复合制冷机及其应用验证
文献摘要：
量子信息技术和深空探测等领域的蓬勃发展,对2K以下温区高可靠、长寿命、小型轻量化、高制冷效率低温制冷机的需求日益迫切,高频脉冲管耦合Joule-Thomson(JT)的复合制冷循环是实现这一目标的重要手段.目前国际上以该循环获得2 K以下温区的成功实践,均是在脉冲管分系统使用氦-4而JT分系统使用氦-3作为循环工质的情况下获得的.氦-3在地球上存量稀少、价格高昂,是阻碍这一循环在更广范围内实用化的关键瓶颈.本文对以氦-4为唯一工质的四级高频脉冲管耦合JT的复合制冷循环开展了理论与实验研究,分析了基于该循环获取2 K以下温度的关键难点和可行性,从采用间隙密封的直流线性压缩机的低压压力和多级间壁式回热器的低压侧压降损失入手,理论预测出在40kPa系统充气压力下可实现1.1 kPa的压缩机吸气压力和438.6Pa的低压侧总压降,从而能获得1.54 kPa的饱和蒸气压,此时采用氦-4节流可实现1.78 K的制冷温度.同时,在氦-4超流态工况下,分析了小界面温差的Kapitza热导对冷头蒸发器内超流氦热传递的影响,并给出了在此基础上JT循环参数优化的限制条件.设计出的制冷机的无负荷温度经过16.5 h从300 K降至1.8 K,且在360h连续运行时间内温度波动不超过±6 mK,验证了理论的正确性和工质在超流状态下制冷温度的稳定性.随后开展了与实际超导纳米线单光子探测器(supercon-ducting nanowire single-photon detector,SNSPD)的耦合联试,对SNSPD器件的系统探测效率和暗计数率的实际测试表明,所研制复合制冷机在采用氦-4为唯一工质条件下,依然可以为SNSPD提供1.84 K的工作温度以及良好的电环境,使其保持稳定可靠的工作状态.上述理论和实验突破不但将为SNSPD的未来空间应用提供可靠保障,而且也将为彻底打破该类复合制冷循环在更广领域内的实用化瓶颈铺平道路.
文献关键词：
复合制冷循环;四级高频脉冲管;Joule-Thomson;氦-4;1.8 K;超导纳米线单光子探测器
中图分类号：
作者姓名：
党海政;张涛;赵帮健;赵永江;谭军;谭涵;薛仁俊;张成俊;吕超林;李浩;尤立星;吴时光;翟钰佳
作者机构：
中国科学院上海技术物理研究所,上海200083;上海量子科学研究中心,上海201315;中国科学院大学,北京100049;上海铂钺制冷科技有限公司,上海201802;中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050;赋同量子科技(浙江)有限公司,嘉兴314100
文献出处：
引用格式：
[1]党海政;张涛;赵帮健;赵永江;谭军;谭涵;薛仁俊;张成俊;吕超林;李浩;尤立星;吴时光;翟钰佳-.以氦-4为唯一工质的1.8 K复合制冷机及其应用验证)[J].科学通报,2022(09):896-905
A类：
复合制冷循环,四级高频脉冲管,6Pa
B类：
应用验证,量子信息技术,深空探测,2K,温区,高可靠,长寿命,制冷效率,低温制冷机,Joule,Thomson,JT,成功实践,分系统,循环工质,稀少,高昂,实用化,关键瓶颈,间隙密封,流线,线性压缩机,压压,间壁,壁式,回热器,侧压,压降损失,理论预测,预测出,40kPa,充气压力,压缩机吸气压力,总压,饱和蒸气压,节流,制冷温度,流态,Kapitza,冷头,蒸发器,热传递,循环参数,限制条件,无负荷,360h,连续运行,运行时间,温度波动,mK,超导纳米线单光子探测器,supercon,ducting,nanowire,single,photon,detector,SNSPD,探测效率,暗计,计数率,实际测试,测试表明,工作温度,工作状态,空间应用,铺平道路
AB值：
0.352988
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