超導研究·試管嬰兒·克隆綿羊·火箭發(fā)射

深冷技術(shù)與低溫計量

——每降低一攝氏度都引起科技新飛躍

中國計量科學(xué)研究院  高鴻春

　　1877年，德國人林德首次將空氣液化成功，這項科技成果震驚了世界科技界。當時(shí)所能達到的最低溫度-190℃，這項成就不但開(kāi)創(chuàng )了深冷技術(shù)的新紀元，同時(shí)也打開(kāi)了許多新學(xué)科的大門(mén)。1898年杜瓦獲得了液態(tài)氫，它在一個(gè)大氣壓(101kPa)下的液化點(diǎn)是-253℃。1908年在卡末林昂尼斯指導下的荷蘭萊頓實(shí)驗室獲得了液體氦，達到了4.2K(-269℃)的低溫。這些成就為超低溫的研究奠定了堅實(shí)的基礎。

　　開(kāi)始階段，低溫技術(shù)的研究主要停留在實(shí)驗室的范圍。60年代以來(lái)低溫技術(shù)邁出了實(shí)驗室階段，在低溫工程和各個(gè)尖端科技領(lǐng)域直接轉化為生產(chǎn)力。低溫技術(shù)使許多物質(zhì)表現出奇異的特性，有些金屬會(huì )出現奇妙的“超導”現象。利用這個(gè)超導現象可以做出高效率的超導發(fā)電機、無(wú)損耗超導電纜，無(wú)摩擦超導軸承，選礦用的超導磁分離器，還有超導磁懸浮列車(chē)等。所以低溫技術(shù)的發(fā)展吸引了更多人對超導技術(shù)進(jìn)行研究。

　　最近，在醫學(xué)、生物化學(xué)、動(dòng)物遺傳學(xué)等領(lǐng)域也開(kāi)始大量使用深冷技術(shù)，在醫學(xué)領(lǐng)域，器官移植手術(shù)需要先將人體器官用液體氮冷凍起來(lái)。這種冷凍要求的時(shí)間要快，器官化凍時(shí)不能破壞組織，這些技術(shù)上的問(wèn)題現在已經(jīng)解決。試管嬰兒的誕生、克隆羊的出現都歸于深冷技術(shù)的保證，深冷技術(shù)的發(fā)展在生化領(lǐng)域所造成的影響可見(jiàn)一斑。

　　由于低溫技術(shù)，大型制氧機應用于煉鋼，如氧氣頂吹煉鋼的出現促使鋼鐵工業(yè)得到迅猛的發(fā)展。目前國外已有了每小時(shí)生產(chǎn)10萬(wàn)立方米氧氣的大型制氧機。

　　另一個(gè)促使低溫技術(shù)急劇發(fā)展的因素是空間技術(shù)的發(fā)展，因為宇宙火箭的燃料需要大量的液氧和液氫。

　　超導研究、電子技術(shù)、射電天文、低溫物理、生物化學(xué)、醫藥衛生、天然氣的液化與運輸等在科研生產(chǎn)和人民生活中都廣泛運用低溫技術(shù)。這些學(xué)科與低溫工程的發(fā)展趨勢必然對低溫計量提出相應的要求。

　　科學(xué)上現在采用熱力學(xué)溫標T表示低溫數值，單位是K(開(kāi))，稱(chēng)絕對溫度，比用攝氏度要方便。通常按照所應用的致冷劑產(chǎn)生溫度的方法把低溫范圍分成三部分:第一是氮和氫的冷凝溫度范圍90K～13K；第二是中間溫度范圍13K～4.2K；第三是氦的冷凝溫度范圍4.2K～1K。

　　為了準確測定低溫的溫度，必須有一個(gè)接近于熱力學(xué)溫標的溫度標準，而此溫標通常是按一次儀表確定的，同時(shí)還需要有二次儀表，以及對溫度計進(jìn)行分度的方法。

　　1990年國際溫標(ITS—90)是目前比較完善的一個(gè)溫標，這個(gè)溫標在低溫范圍藉助銠鐵和鍺電阻溫度計可以達到0.5K～27K的溫度范圍。

　　在13.8033K～273.16K溫區可以藉助鉑電阻溫度計來(lái)完成測溫任務(wù)，總之在目前可以藉助各種溫度計和多種低溫熱電偶來(lái)完成低溫計量。但究竟選擇哪一種則要看測溫范圍和測溫準確度來(lái)決定，以免造成浪費。

　　隨著(zhù)深冷技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫計量工作的天地將極為廣闊。