絕熱去磁制冷機(jī)技術(shù)介紹

正文

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫物理宏邮，地面探測等領(lǐng)域?qū)O低溫度（<1K）的需求日益增加泽示。目前極低溫制冷技術(shù)主要包括稀釋致冷

（Dilution refrigerator），吸附制冷（Sorption cooler）蜜氨，絕熱去磁制冷（Adiabatic demagnetization refrigerator械筛，ADR）。

稀釋制冷機(jī)（DR）是利用3He-4He溶液的特性進(jìn)行制冷飒炎，3He-4He混合液在極低溫下有相分離的現(xiàn)象埋哟，當(dāng)3He原子從濃相進(jìn)入稀相中

時(shí)，吸收熱量從而產(chǎn)生制冷效應(yīng)郎汪。

吸附制冷機(jī)原理是蒸發(fā)制冷赤赊，利用工質(zhì)4He或3He的飽和溫度與飽和蒸氣壓的對應(yīng)關(guān)系，不同溫度下吸附劑對吸附工質(zhì)的吸附率不同煞赢，

通過周期性的加熱冷卻吸附劑來實(shí)現(xiàn)制冷抛计。

以上兩種制冷方式都需要制冷工質(zhì)氦，而氦作為一種稀缺資源照筑，價(jià)格越來越高吹截，成為極低溫技術(shù)規(guī)模應(yīng)用制約因素。而絕熱去磁作為一

種固態(tài)制冷方式凝危，具有不依賴重力波俄、不依賴稀缺工質(zhì)氦3、緊湊高效的突出優(yōu)點(diǎn)蛾默，已成為空間應(yīng)用的主流極低溫制冷技術(shù)懦铺，同時(shí)在地面

應(yīng)用中也漸受青睞。絕熱去磁制冷機(jī)（ADR）是利用順磁鹽的磁熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷趴生，可獲得20-100mK的溫度阀趴。磁熱效應(yīng)昏翰，是指磁性材

料在磁場增強(qiáng)或減弱時(shí)苍匆，由于磁矩的熵發(fā)生變化刘急，從而表現(xiàn)出的一種放熱或吸熱現(xiàn)象。

我們以德國kiutra的“MR” 系列無液氦絕熱去磁制冷機(jī)為例浸踩。它結(jié)合GM/PT閉環(huán)預(yù)冷和絕熱去磁制冷叔汁，可以擴(kuò)展多個ADR單元。它

可以執(zhí)行兩種工作模式：

Single-Shot絕熱磁場制冷（ADR）：

如下圖所示检碗，Single-Shot磁制冷可以用來產(chǎn)生短期冷卻据块。在保持時(shí)間(流程6)內(nèi)磁控溫度提供了良好的精度和穩(wěn)定性。

 

1.絕熱去磁制冷機(jī)由Pre-Cooling（GM/PT制冷端）折剃，Heat Switch（熱開關(guān)）另假，Cooling Medium（順磁鹽），Magnet（磁體）怕犁，Device under Test（冷臺）边篮。

2.熱開關(guān)導(dǎo)通，磁熱工質(zhì)與預(yù)制冷端耦合奏甫，勵磁磁場增加到最強(qiáng)戈轿，磁化熱釋放，冷臺被加熱至高于Tbase

3.磁化熱被GM/PT制冷端不斷轉(zhuǎn)移出去阵子，冷臺溫度低至Tbase

4.熱開關(guān)斷開思杯，阻止熱量從預(yù)制冷端向磁熱工質(zhì)傳導(dǎo)，勵磁磁場繼續(xù)工作

5.勵磁磁場強(qiáng)度減弱挠进，冷端溫度繼續(xù)下降

6.冷端溫度不再下降色乾，勵磁磁場強(qiáng)度持續(xù)減弱

7.勵磁磁場強(qiáng)度歸零，制冷流程結(jié)束

8.冷端溫度上升领突，磁熱工質(zhì)返回初始狀態(tài)

連續(xù)絕熱去磁制冷（CADR）：

對于某些應(yīng)用暖璧，短期冷卻是不夠用的，kiutra提供了基于多級磁制冷的連續(xù)絕熱去磁制冷機(jī)攘须，幾個磁制冷單元相互連接并保持平衡漆撞，第

N個冷卻單元釋放的磁化熱被第(N-1)個單元耗散，依此類推于宙。這就保證了連接到冷端上的最后一級磁制冷單元不會耗盡磁場浮驳，因此可

以持續(xù)提供開爾文甚至亞開爾文的溫度。

德國kiutra絕熱去磁制冷機(jī)：