1月30日，我國首套對外出口的[email protected]氦制冷機宣布研制成功，經(jīng)調(diào)試，制冷溫度達到4.5K（-269攝氏度），制冷量超過240瓦（W）。該套制冷機系統(tǒng)由中科院理化技術(shù)研究所（以下簡稱理化所）及其產(chǎn)業(yè)化公司中科富海低溫科技有限公司共同研制，將應(yīng)用于韓國國家核聚變研究所大科學(xué)裝置KSTAR-NBI（中性束注入器）升級改造項目中，為低溫泵冷板提供冷量，保證系統(tǒng)獲得并維持超高真空。
 

多年來，我國在大型低溫制冷領(lǐng)域一直缺乏成熟的氦液化器產(chǎn)品，幾乎全部需要依賴進口。“從中國科學(xué)院院士洪朝生，到中國科學(xué)院院士周遠，再到如今的理化所低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心，通過幾代科研人員的不懈努力，今天國產(chǎn)大型低溫制冷技術(shù)終于取得突破性發(fā)展。”低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心主任龔領(lǐng)會告訴《中國科學(xué)報》。

近年來，我國對穩(wěn)定、高效的大型低溫制冷系統(tǒng)需求急劇增加，但缺乏大型低溫制冷系統(tǒng)、關(guān)鍵子設(shè)備及集成技術(shù)的問題日益突出，處于一種“卡脖子”的困境中。

為打破國外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的封鎖，不僅國家加大低溫制冷技術(shù)的研發(fā)投入，科研團隊也從過去只做關(guān)鍵技術(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)殚_始做成套技術(shù)。這兩年來，理化所低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心先后攻克了液氦溫區(qū)高達25萬轉(zhuǎn)的高速氦透平膨脹機技術(shù)、緊湊型低漏率換熱器技術(shù)、高穩(wěn)定性的低溫調(diào)節(jié)閥門技術(shù)、多級復(fù)雜制冷機系統(tǒng)集成調(diào)控技術(shù)以及高效氦螺桿壓縮機技術(shù)。

2015年，理化所研制成功液氫溫區(qū)萬瓦級大型低溫制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)了10kW@20K的既定目標，該項目成果獲中國科學(xué)院“十二五”優(yōu)秀重大突破獎。2017年，理化所自主研發(fā)的[email protected]液氦溫區(qū)低溫制冷機通過了國家專項的中期驗收，標志著我國液氦溫區(qū)大型制冷系統(tǒng)從設(shè)計、制造到穩(wěn)定運行技術(shù)與能力的全面提升，也為與韓國的合作打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

2017年，“中國—韓國大型低溫制冷系統(tǒng)”應(yīng)用合作協(xié)議簽約。此前，韓國國家核聚變研究所（NFRI）技術(shù)總監(jiān)Dongseong Park在介紹K-STAR低溫系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀和未來需求時，談到目前韓國使用的K-STAR超導(dǎo)低溫系統(tǒng)主要從林德公司和法液空公司進口。

“韓國方面發(fā)現(xiàn)進口產(chǎn)品不僅價格較高，而且售后服務(wù)也不好，這恰恰給我們的大型低溫制冷系統(tǒng)出口提供了機會。”龔領(lǐng)會說，此次大型氦制冷機系統(tǒng)的成功出口，不僅打破國外低溫公司長期壟斷國際低溫市場的局面，還標志著理化所多年積累的大型低溫制冷系統(tǒng)核心技術(shù)逐步走向成熟，得到了國際合作伙伴的肯定和信任。

龔領(lǐng)會表示，當(dāng)前，理化所已經(jīng)研制出系列化的千瓦級大型低溫制冷機，并達到國際先進水平，下一步正在著手推動萬瓦級超大型低溫系統(tǒng)的研制及其制造基地落成，在2030年將打造成功擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的世界低溫產(chǎn)業(yè)第三極。

理化所在大型低溫制冷機領(lǐng)域取得今天的成就并不容易，它凝聚了四代人的心血與努力。

1951年，洪朝生回國后帶領(lǐng)科研團隊開拓新中國的低溫事業(yè)。1956年，洪朝生帶領(lǐng)團隊研制出了我國*臺能夠生產(chǎn)液氫的液化器，并在1959年成功實現(xiàn)了氦的液化。這些技術(shù)的掌握，不僅打破了資本主義國家的技術(shù)壟斷，也邁出了我國低溫物理研究的*步。

另一位與中國低溫技術(shù)結(jié)下不解之緣的院士是周遠。20世紀60年代初，畢業(yè)于清華大學(xué)熱能工程*的周遠，被分配到中科院從事低溫技術(shù)研究，轉(zhuǎn)眼間半個世紀過去了。周遠引以為豪的是：“以前我國的低溫制冷設(shè)備大多從國外進口，現(xiàn)在我國60%～70%的低溫制冷產(chǎn)品不僅實現(xiàn)了自主研發(fā)，還頗具競爭力。”

1999年，理化所成立后就將“推進低溫工程與技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用”寫進了研究所發(fā)展定位中，并組建低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心，致力于重點突破大型超低溫制冷離心式冷壓縮機等6項核心關(guān)鍵技術(shù)，形成大型低溫制冷裝備設(shè)計和制造能力并建立技術(shù)體系，推進產(chǎn)業(yè)化。

低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心成立以來，先后在2009年中科院重要方向性項目的研究2000W@20K氦制冷機取得初步突破；在2010年獲得“大型低溫制冷設(shè)備研制”國家重大科研裝備專項的支持，自主研發(fā)了液氫溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)、相關(guān)核心技術(shù)以及成套集成技術(shù)；在2015年參與“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”國家重大科研裝備專項，旨在建立更低溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)。

2015年，液氫溫區(qū)高效氦制冷機在理化所自主研制成功，得到了國內(nèi)眾多用戶的關(guān)注。中國航天科技集團公司北京宇航系統(tǒng)工程研究所、中國科學(xué)院蘭州近代物理研究所等國內(nèi)航天系統(tǒng)和大科學(xué)裝置牽頭單位，先后與理化所簽署了大型低溫制冷系統(tǒng)應(yīng)用戰(zhàn)略合作協(xié)議，以滿足國家相關(guān)科研領(lǐng)域的重大需求。

2016年8月，依托于兩期國家重大科研裝備研制專項的核心技術(shù)，理化所聯(lián)合社會資本、科研團隊共同創(chuàng)立了北京中科富海低溫科技有限公司，注冊資本1.3億元，目標是實現(xiàn)大型低溫制冷裝備總體集成及應(yīng)用。這項大型低溫制冷裝備成果轉(zhuǎn)化的成功范例也榮獲中國科學(xué)院北京分院“科技成果轉(zhuǎn)化特等獎”。

歷時6年，理化所低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心研發(fā)團隊相繼自主研制出40L/h氦液化器L40A、L40B，以及[email protected]氦制冷機（即80L/h氦液化器），實現(xiàn)了中小型氦液化器的系列化。

據(jù)悉，L40A氦液化器目前已成功投入寧波健信核磁技術(shù)有限公司商業(yè)運行，生產(chǎn)液氦應(yīng)用于寧波健信生產(chǎn)線。L40B氦液化器目前已移交至理化所液氦技術(shù)發(fā)展室進行示范性生產(chǎn)運行。[email protected]氦制冷機擬用于中科院高能物理研究所的磁體性能測試平臺，為大科學(xué)工程應(yīng)用助力。

理化所低溫工程與系統(tǒng)應(yīng)用研究中心在開展技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)成功國產(chǎn)大型低溫制冷裝備的同時，著力培育了一批我國自己的高端氦螺桿壓縮機、低溫換熱器和低溫閥等制造企業(yè)并使其技術(shù)得到提升。同時，成立*的低溫科技公司，從而奠定了全國產(chǎn)大型低溫制冷裝備制造的國家工業(yè)基礎(chǔ)。

龔領(lǐng)會希望，大型乃至超大型低溫制冷裝備能為我國大規(guī)模高效綠色氫能的應(yīng)用以及未來月壤氦-3這種清潔聚變能源原料的獲取助力，實現(xiàn)從洪朝生和周遠到現(xiàn)在四代人的中國低溫夢。