超導研究·試管嬰兒·克隆綿羊·火箭發(fā)射

深冷技術與低溫計量

——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。當時所能達到的最低溫度-190℃，這項成就不但開創(chuàng)了深冷技術的新紀元，同時也打開了許多新學科的大門。1898年杜瓦獲得了液態(tài)氫，它在一個大氣壓(101kPa)下的液化點是-253℃。1908年在卡末林昂尼斯指導下的荷蘭萊頓實驗室獲得了液體氦，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的基礎。

　　開始階段，低溫技術的研究主要停留在實驗室的范圍。60年代以來低溫技術邁出了實驗室階段，在低溫工程和各個尖端科技領域直接轉化為生產(chǎn)力。低溫技術使許多物質表現(xiàn)出奇異的特性，有些金屬會出現(xiàn)奇妙的“超導”現(xiàn)象。利用這個超導現(xiàn)象可以做出高效率的超導發(fā)電機、無損耗超導電纜，無摩擦超導軸承，選礦用的超導磁分離器，還有超導磁懸浮列車等。所以低溫技術的發(fā)展吸引了更多人對超導技術進行研究。

　　最近，在醫(yī)學、生物化學、動物遺傳學等領域也開始大量使用深冷技術，在醫(yī)學領域，器官移植手術需要先將人體器官用液體氮冷凍起來。這種冷凍要求的時間要快，器官化凍時不能破壞組織，這些技術上的問題現(xiàn)在已經(jīng)解決。試管嬰兒的誕生、克隆羊的出現(xiàn)都歸于深冷技術的保證，深冷技術的發(fā)展在生化領域所造成的影響可見一斑。

　　由于低溫技術，大型制氧機應用于煉鋼，如氧氣頂吹煉鋼的出現(xiàn)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生產(chǎn)10萬立方米氧氣的大型制氧機。

　　另一個促使低溫技術急劇發(fā)展的因素是空間技術的發(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、射電天文、低溫物理、生物化學、醫(yī)藥衛(wèi)生、天然氣的液化與運輸?shù)仍诳蒲猩a(chǎn)和人民生活中都廣泛運用低溫技術。這些學科與低溫工程的發(fā)展趨勢必然對低溫計量提出相應的要求。

　　科學上現(xiàn)在采用熱力學溫標T表示低溫數(shù)值，單位是K(開)，稱絕對溫度，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，必須有一個接近于熱力學溫標的溫度標準，而此溫標通常是按一次儀表確定的，同時還需要有二次儀表，以及對溫度計進行分度的方法。

　　1990年國際溫標(ITS—90)是目前比較完善的一個溫標，這個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(qū)可以藉助鉑電阻溫度計來完成測溫任務，總之在目前可以藉助各種溫度計和多種低溫熱電偶來完成低溫計量。但究竟選擇哪一種則要看測溫范圍和測溫準確度來決定，以免造成浪費。

　　隨著深冷技術的不斷發(fā)展，低溫計量工作的天地將極為廣闊。