改变游戏规则的低温冷却器将能源成本降低71%

研究人员发现了一种令人惊讶的简单方法来制造低温冷却器，这种冷却器达到接近绝对零度的速度比目前的设备快3.5倍，或者节省约71%的能源。这对任何需要极低温度的东西来说都是个大新闻。

低温冷却有许多实际应用。它被用来保存组织、卵子、精子，甚至胚胎。它使CAT扫描仪以及欧洲核子研究中心的大规模粒子加速器和某些磁悬浮系统成为可能。它有数百种工程应用，为詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）提供了探测太空深处的非凡能力，也许有一天它会成为聚变能源或量子计算机成为现实的关键。

在超低温下，一些奇怪的物理现象开始发挥作用。例如，超导性允许电流以零电阻通过某些材料。超流动性允许某些液体，如氦，在没有任何粘度的情况下流动，在这一点上，它似乎开始忽视正常规则，向上爬过容器的侧面。

在接近绝对零度时，量子现象可以减缓到我们可以真正利用它们的程度，你可以开始得到玻色-爱因斯坦凝聚体，在这种凝聚体中，原子群不再像个体一样行动，聚集在一起，同步到相同的量子态，开始像“超级原子”一样行动。

但在绝对零度附近工作的一个问题是，到达那种程度既昂贵又耗时。40多年来，脉冲管冰箱（PTR）一直是达到4ºK（-452ºF， -269ºC）或绝对零度以上4度的首选技术。这是一个非常简单的机器，其工作原理与你厨房里的冰箱大致相同。

PTR使用一种被压缩的气体，当这种气体膨胀时，它会释放热量。然而，PTR使用的不是氟利昂或异丁烷，而是氦气，这使得它可以将物体冷却到物理学的理论极限。它是有效的，但要达到理想的冷却温度需要花费几天的时间和大量的精力。

NIST（美国国家标准与技术研究所）的研究员瑞安·斯诺德格拉斯（Ryan Snodgrass）和他的团队所做的是研究PTR是如何工作的，以找出如何使其更有效。他们发现，所需要的只是一个令人惊讶的简单修复。研究小组发现，PTR在接近绝对零度的温度下工作得很好，但在必须开始冷却的室温下，就效率而言，它就像个半吊子。

他们发现，在更高的温度下，氦气处于如此高的压力下，以至于它一直被分流到一个安全阀中，而不是进行任何冷却。通过交换压缩机和冰箱之间的机械连接，然后调整阀门，使它们在冷却过程开始时大开，在冷却过程中逐渐关闭，他们可以达到更高的效率，更快地冷却一半到四分之一 —— 所有这些都不会浪费宝贵的氦气。

据该团队称，如果这种新型冰箱的原型机可以推向市场，以取代现有的设备，每年将节省2700万瓦的电力，全球电力节省3000万美元，以及足够填满5000个奥林匹克游泳池的冷却水。这将极大地改变一系列超冷技术的成本/收益等式。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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