民多好，我是来自中国科学院理化身手商量所的胡忠军，这日念给民多分享一下我资历的那些“冷故事”。

　　我正在中学的时辰，有一次教授问咱们长大了念做什么？我说我念成为一名南极科考就业家。由于当时我正在学校的阅览室内里看到了秦大河教授的故事《横穿南极日志》，极端感动。从此奥秘严寒的寰宇就给我留下了很深的印象。

　　然则，南极不是谁念去就能去的。中学结业自此，我来到了绚丽的冰城哈尔滨研习通常造冷身手，也便是贸易造冷身手。

　　讲堂上，教授有一句话让我至今历历在目。他说：“教授只可教你们‘杀猪’的本事，人家中国科学院才是‘屠龙’的。”

　　为什么叫“杀猪”呢？这是由于咱们这日能杀青猪肉自正在、生果自正在、海鲜自正在、牛羊肉的自正在，很大水平上便是依赖于繁盛的贸易造冷身手。

　　于是我就很好奇，真相什么是造冷的“屠龙技”呢？自后我就考上了中国科学院的商量生。

　　当时我做论文的时辰，我们国度正正在研造一款“大火箭”。现正在咱们都清晰了，这个大火箭的名字叫“长征五号”。只要这把“倚天剑”才对得上“屠龙刀”嘛。它除了“胖五”以表另有一局部称，叫“冰箭”。

　　为什么叫“冰箭”呢？咱们能够看一下，“长征五号”里少许部件的温度要比冻猪肉的温度低许多，低到零下253℃。由于它要把氢气酿成液体，来发射很重的载荷。

　　若干年自此，我有幸来到海南文昌发射场，眼见了本人介入了（很幼的）一片面就业的“胖五”把中国空间站焦点舱奉上天。听到倒计时读秒时的那种神色，真是又感动又垂危。

　　实在，自从低温造冷身手被出现从此，每隔一段时光，就会有闭连就业得回诺贝尔奖。除了前沿物理科学商量必要它，我们去做体检时用的磁共振成像也必要这种低温的情况，另有民多常常听到的量子寰宇也都离不开低温身手。

　　正在咱们念书的谁人年代，民多还处于治理温饱的阶段，食品无疑是最紧急的，是以冷藏冷冻身手的需求量很大。跟着社会的发展和科学的成长，这日咱们紧急地必要成长前沿科学，譬喻航空航天、超导等等方面的商量，这就必要低温配备来支柱。

　　老一辈科学家正在“两弹一星”的年代就一经研造出了少许较幼的低温配备。这张照片是20世纪70年代，当时科学家们要把卫星放到模仿太空的情况里举办试验。太空的温度极端低，大体是零下270℃。咱们要正在地面上模仿太空的低温情况，才调包管卫星上天后不出题目。

　　这幅图就更情景了，图片中心冒着白雾的地便利是“胖五”加注的液氢和液氧正在蒸发，它用到的液氢就必要低温身手来造备。

　　真相什么是低温身手呢？咱们正在学术上，以家里做饭用的自然气的液化点120K（零下153.15℃）这个温度为周围。这个温度以上的叫做普冷身手，这个温度以下的就叫做低温身手。

　　咱们中国科学院理化身手商量所苛重闭怀的是液氢温度以下的低温身手。极端是寰宇上最难液化的气体便是氦气，而液氦便是咱们苛重的商量对象，同时它也是掀开超越牛顿经典力学的量子寰宇大门的一把钥匙。

　　实在正在100多年前科学家就杀青了氦气的液化，这是当时科学家液化氢气和氦气后所拍电报的原始记载。

　　这便是当时的氦液化的装备，差此表色块显示差此表液体。用酒精预冷液态的气氛后，再用液态气氛预冷液氢，液氢预冷自此才调获得液氦。这种“套娃”式的打算很难正在工业上大范围伸开，也很难毗连运转。咱们更念通过压缩的体例，一步就从氦气获得液氦。

　　实在，无论是贸易造冷仍然低温身手，最焦点是统一个很简陋的意思——相变传热。譬喻民多跑完步之后会出汗，汗蒸发自此就会觉获得很阴寒，这是由于水从液态酿成气态制冷设备，就把你的热量给吸走了。有些科学家还发掘，幼蜜蜂也会正在炙热的夏令把水运到蜂巢里制冷设备，为蜂巢做温度治疗。

　　民多家里都有冰箱和空调，它们运行的法门实在和低温身手是相通的，便是要把适才讲的液态到气态的相变做成一个毗连轮回的历程。这就必要一系列的刻板做配合，压缩机把气体（造冷剂）从低压压到高压的形态后，就会升温发烧；正在冷凝器里把热量传到情况内里后，造冷剂就从气体酿成了液体；再原委一个节减减压的装备，从高压变低压；又原委蒸发器从周遭摄取热量，咱们就得回了造冷的冷量，结尾液体变回气体，告终轮回。

　　那咱们用空调能不行到达液氦的温度呢？明确是不成的，由于通例造冷剂正在这种温度下都邑酿成固体，没有主见轮回了。只要液氦正在这个温度边界内，还能依旧液体形态。

　　咱们给篮球、排球、轮胎等打气用到的打气筒，便是活塞式压缩机。这种刻板很原始，不行毗连运转一两年，由于活塞容易摩擦。于是，科学家又出现出了新的螺杆式压缩机。

　　螺杆式压缩机便是如此的两个螺杆，一个阳转子，一个阴转子。正在相互挽回的历程中，转子间隙里的气体被挤压，就把压力给提升了，这个道理很简陋。

　　正在2016年之前，咱们国度坐蓐螺杆式压缩机的产能高达40多万台套，然则从内里就挑不出来一台能高效压缩氦气的。是以当时用的配备全靠进口，进口就会有种种各样的控造。咱们的老所长对峙要把这个摆设国产化，然则说真话，接到这个劳动的时辰，我内心一点底也没有。

　　打个例如，压缩机相当于要拿一个网兜去把球兜住。我们的气氛分子就像篮球这么大，而氦气只要乒乓球这么大。用同样的网子兜的时辰，乒乓球就兜不住，是以要压缩氦气是很艰苦的。

　　有的同窗会说，把网织密一点不就好了嘛。但困难就随之而来了。这是两个转子就业的历程，绿色的气体吸进来后，从底下侧面排出去，咱们能够看到，压缩腔室的容积正在减幼，压力就提升了，恰是由于两个转子之间相互啮合。是以这个空间不行无尽幼，越发是正在就业形态时它还会发烧，空间太幼就卡死了，编造就没有主见运行了。

　　咱们能够做一个实习，这是一个气缸，我把一片面硝化棉塞到气缸里，再用手掌的力气去压缩管道里的气体。气体的压力升高，内能加添，温度就会升高，到达170℃足下这个棉花就能被点着。能够看到压缩的第一遍起雾，第二遍着火。这实在便是造冷的基本道理，压缩就发烧，夸大概积膨胀，它就变冷。

　　咱们正在工程上就吃过亏。这是两个转子之间间隙的照片，把间隙调幼了自此，由于发烧，螺杆焊到了一道，通盘编造就瘫痪了。

　　假设间隙不行调幼，指引交待的劳动如何办呢？我就像面临着一个刺猬，觉得无从下手。

　　正在一次很偶尔的机缘下，我和我的教授正在一块儿时，他就指着转子让我详细调查。就正在面临这个转子、面临这个零件的时辰，咱们有灵感了。

　　形而上学上有个词叫顿悟，也便是幡然醒悟。咱们认识到，两个转子之间不或许无尽缩幼，老是有罅隙的开心电竞，那如何办呢？咱们正在这个罅隙里填上一层厚厚的油膜，“乒乓球”不就兜起来了吗？

　　这个焦点身手便是转子的型线。这个坐标极端庞大，有成千上万种的组合，没有足够的时光让咱们去试错。但咱们有一个准则，便是要念主见让转子尽量能把油膜挂住，不行让它正在挽回的时辰把油膜甩出去，这便是咱们的冲破口。

　　咱们正在这个准则的引导下开拓了两种型线，也便是开拓了两种螺杆压缩机的转子。咱们不但做出来了中国人本人的产物开心电竞制冷设备，还让这个产物的热力学成果比国际上最好的同类产物还要高10%。回念起来这件事项，还真是让人感叹万千。

　　这是呆板内部的一个动画演示。咱们能够很理解地看到，这两个转子之间的间隙跟着运行正在继续地减幼。

　　这是2023年咱们最新的一款产物（用于国内第一套每天可坐蓐五吨液氢的氢液化器），我就站正在压缩机旁边，民多能够感触一下它的体量。浅蓝色的机壳内里便是适才演示的转子。

　　那“屠龙刀”能够用来“杀猪”吗？实在制冷设备，尖端身手转化成通常身手是很容易的。

　　咱们这个型线身手的此中一种也利用正在了贸易冷冻方面。咱们大体统计了一下，三年净利润大体是2.5亿，此中有1/3的利润仍然出口得回的。于是原委专家评比，咱们还得回了福筑省的科技发展奖。

　　节减器是一种挽回的透平膨胀机，“透平”来自于“turbine”，是一个涡轮的刻板，正在中国古代身手史里普通叫做风车。

　　民多能够看到，从这个圆的边沿进入的气体色彩对比深，中央出来的气体色彩对比浅，这便是显示温度正在低重。透平膨胀机与压缩机相反，用膨胀的体例低重压力、省略能量，从而造冷。

　　许多人说：“我们的就业都不是吹的”，然则说真话，咱们理化所做膨胀机还真是要靠“吹”。这是一个好像咱们就业叶轮的陀螺玩具。民多玩陀螺有的用鞭子抽，有的用弹力转，咱们这日来一个不同凡响的，用嘴去吹它，不清晰民多玩过没有。

　　我先把陀螺放到桌子上，吹一语气，民多看到了吧？它确实是转起来了。况且假设周遭有蜗壳构造的话，就会发掘我这语气的温度低重了。实在低温身手的道理便是这么简陋。

　　道理简陋，那为什么难做呢？身手挑拨就正在轴承上。民多熟谙的滑板车或者汽车是靠滚珠轴承润滑的，但低温造冷机叶轮的速率是汽车转速的100倍，每分钟十几万到三十几万转，极端疾。假设还用滚珠轴承，那摩擦的热量会让全盘器件焊到一道，无法操纵了。是以咱们用的是右图，通过适才演示的体例用氦气把它吹起来，前后足下用氦气把它顶住，也便是气浮轴承。

　　艰苦就正在这个地方，咱们叫转子动力学上的偏移量。它的偏移量大体是一个头发丝的几至极之一，假设颤栗大了，就会蹭到它的“邻人”。

　　咱们理化所从上世纪70年代到现正在，原委几十年的堆集，最终酿成了一系列大巨细幼的产物。

　　这幅照片是2014年咱们告终财务部国度强大仪器配备研造的一个确凿的转子。民多不要幼看我手里拿的这个转子。这么幼的一个转子跟适才看到那么大的压缩机相通紧急，以至比谁人还要紧急。

　　图中最下面蓝色这两台是压缩机。膨胀机太幼了，我把它稀少拎出来民多才调看到。这两个焦点摆设有了之后，才调构成一个大的超等低温造冷机。

　　当时正在2021年这个项目被评为了年度“中国十大科技发展消息”。除了咱们以表，其他得回这个称呼的都是做本原商量的，咱们工程身手的商量能入选仍然很艰苦的。

　　中国科学院有个古板，不行只说不做、只做不练，咱们把东西做出来之后，还要原委毕竟的磨练，也便是要“用得上”。

　　让人欣慰的是，咱们目前有两套低温配备正正在协帮超导体的商量和进步光源的商量。进步光源是一种高级的显微镜，咱们的低温配备一经它的测试平台上毗连无阻碍运转1万多个幼时了。我们本人的东西经受住了毕竟的磨练。

　　就正在2024年3月，咱们告捷研造了国内最大的一套液氢配备，每天有5吨产量。图里有一私人的模子，民多能够感触一下这个装备的巨细。

　　或许许多人对5吨没有观点。我们国度的发射劳动很周密，而目前咱们的液氢厂只要2.5吨的产量。咱们这套摆设比目前现有燃料坐蓐要大一倍，这就意味着咱们为另日成长探月工程、火星探测以及更远的深空探测做好了原料企图。

　　这是咱们团队的合照。咱们遇上了好的时期，假设没有国度高精尖身手成长的必要，咱们只可去“杀猪”开心电竞。恰是遇上了国度有“屠龙”的必要，咱们才走上了大国重器的研造之道。

　　当然，“杀猪”的身手也很紧急。我的许多同窗正在前两年的北京冬奥会上也大放异彩，他们做的种种造冰机同样极端了不得。

　　结尾，祈望同窗们要不惧风雪、以梦为马，做好属于本人的那片并世无双的雪花。这种造冷修造我国年产跨越40万台却没有一台也许缔造零下269度开心电竞的液氦 胡忠军——科学谈坛