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美国研制出无需液氦的低温制冷系统
理群

2017-05-24 | 前沿

【据美国国家标准和技术研究所2017年5月23日报道】美国国家标准和技术研究所(NIST)的科学家研制了一种用于超导纳米导线单光子探测器(SNSPD)的新型混合冷却系统,包括原型冷却器、驱动器、控制电路以及仪器仪表在内,整个系统尺寸为0.31米高、0.61米长,功率需求约250瓦,可满足SNSPD的1-2K(绝对温度)的低温工作环境要求,而且无需液氦之类的传统低温制冷剂。

SNSPD用于超安全量子通信、小规模集成电路的缺陷分析、基于激光的光检测和测距(LIDAR)以及生物研究等众多应用,单个检测器的尺寸远低于人类头发的宽度,因为是基于超导材料,所以需要再略高于绝对零度的极低温环境下工作。这种低温环境通常需要使用液氦系统实现,成本昂贵,系统复杂,且需要相当多的专业知识来运行和维护、确保安全。

NIST科学家研制的混合冷却系统组合了焦耳-汤姆森低温制冷机(JT)和脉冲管制冷机(PTR),通过气体的交替压缩、膨胀,将系统中的热量通过交换器释放出去,PTR可以将系统冷却到10K的温度,JT进一步将温度降到2K以下。整个系统是完全封闭的,符合NIST开发“不可见”低温系统的目标,即开即用,最终的工程系统可以集成到一个标准的电子机架中,甚至可以部署在飞机等移动平台上。

该项目最初是在美国国家安全局(NSA)资助下完成书面研究工作的,目前正在与美国密执安州的Quantum Opus公司合作,通过合作研发协议(CRADA)获得资金,Quantum Opus计划将该技术商业化,该公司得到了美国DARPA的小企业创新研究基金的资助。该项目的研究成果已经在《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》期刊上发表,论文题目为《Compact 2.2 K Cooling System for Superconducting Nanowire Single Photon Detectors》。

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