近日，中国科学院上海技术物理研究所和中国科学院理化技术研究所合作，围绕未来空间天文观测所需的mK温区制冷需求，提出了斯特林型脉管（SPTC）/氦节流（JTC）/绝热去磁（ADR）的复合制冷方案，获得了661mK的无负荷最低温，温度稳定性±0.1 mK。研究成果“Advances on a SPTC/JTC/ADR system for sub-Kelvin cooling（亚开温区斯特林型脉管/节流/绝热去磁复合制冷系统进展）”以Short Report（简讯）形式发表在制冷领域国际期刊International Journal of Refrigeration（《国际制冷学报》）。论文共同第一作者为上海技物所陈志超博士和理化所刘萍博士，通讯作者为上海技物所刘少帅启明星研究员和理化所戴巍研究员。
mK温区是空间天文领域多种核心传感器的工作温区。随着机械制冷技术的发展，基于斯特林型脉管预冷的氦节流制冷（SPTC/JTC）技术因其具有的长寿命、高效率、低振动等优势，已成为空间1-4 K温区的主流预冷方案。而绝热去磁（ADR）技术具有mK温区高效率、纯固态制冷、与重力无关性等突出优点，成为空间mK温区应用的首选。两者结合可以实现高效紧凑的适用于空间的深低温制冷系统，国际上已应用于Astro-H、XRISM、ATHENA等天文项目，而我国尚无类似系统报道。
上海技物所第四研究室空间深低温制冷团队与理化所戴巍研究员团队紧密合作，发挥各自优势，共同发展空间深低温制冷技术，提出SPTC/JTC/ADR的新型复合制冷方案。其中SPTC/JTC由上海技物所第四研究室空间深低温制冷团队研制，ADR由理化所戴巍研究员团队研制。团队合作攻克了斯特林型制冷机功回收主动调相、氦节流制冷、绝热去磁制冷、大热容快速降温等关键技术，成功研制了我国首套针对空间应用的mK温区制冷系统实验样机，为我国在X射线、宇宙背景辐射等天文领域的探测提供了重要支撑。
该研究获得了中国科学院青年人才计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院科学仪器开发等项目资助。
斯特林型脉管/氦节流/绝热去磁复合制冷机系统原理图
斯特林型脉管/氦节流/绝热去磁复合制冷机系统实验装置
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2024.08.024
供稿、供图：陈志超、刘少帅
编辑：金峥杰
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