超導(dǎo)研究·試管嬰兒·克隆綿羊·火箭發(fā)射

深冷技術(shù)與低溫計(jì)量

——每降低一攝氏度都引起科技新飛躍

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院  高鴻春

　　1877年，德國(guó)人林德首次將空氣液化成功，這項(xiàng)科技成果震驚了世界科技界。當(dāng)時(shí)所能達(dá)到的最低溫度-190℃，這項(xiàng)成就不但開(kāi)創(chuàng)了深冷技術(shù)的新紀(jì)元，同時(shí)也打開(kāi)了許多新學(xué)科的大門。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(dǎo)下的荷蘭萊頓實(shí)驗(yàn)室獲得了液體氦，達(dá)到了4.2K(-269℃)的低溫。這些成就為超低溫的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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

　　最近，在醫(yī)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(yī)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(xiàn)在已經(jīng)解決。試管嬰兒的誕生、克隆羊的出現(xiàn)都?xì)w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(jī)應(yīng)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(guó)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(jī)。

　　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?yàn)橛钪婊鸺娜剂闲枰罅康囊貉鹾鸵簹洹?/span>

　　超導(dǎo)研究、電子技術(shù)、射電天文、低溫物理、生物化學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、天然氣的液化與運(yùn)輸?shù)仍诳蒲猩a(chǎn)和人民生活中都廣泛運(yùn)用低溫技術(shù)。這些學(xué)科與低溫工程的發(fā)展趨勢(shì)必然對(duì)低溫計(jì)量提出相應(yīng)的要求。

　　科學(xué)上現(xiàn)在采用熱力學(xué)溫標(biāo)T表示低溫?cái)?shù)值，單位是K(開(kāi))，稱絕對(duì)溫度，比用攝氏度要方便。通常按照所應(yīng)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(zhǔn)確測(cè)定低溫的溫度，必須有一個(gè)接近于熱力學(xué)溫標(biāo)的溫度標(biāo)準(zhǔn)，而此溫標(biāo)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(duì)溫度計(jì)進(jìn)行分度的方法。

　　1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS—90)是目前比較完善的一個(gè)溫標(biāo)，這個(gè)溫標(biāo)在低溫范圍藉助銠鐵和鍺電阻溫度計(jì)可以達(dá)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(jì)來(lái)完成測(cè)溫任務(wù)，總之在目前可以藉助各種溫度計(jì)和多種低溫?zé)犭娕紒?lái)完成低溫計(jì)量。但究竟選擇哪一種則要看測(cè)溫范圍和測(cè)溫準(zhǔn)確度來(lái)決定，以免造成浪費(fèi)。

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