氦稀释制冷机
(文末附答案)人教版2022年初中化学物质构成的奥秘常考点
(每日一练)(文末附答案)人教版2022年初中化学物质构成的奥秘常考点单选题1、下列物质直接由原子构成的是A．金刚石B．C60C．氯化钠D．二氧化碳2、某微粒M的结构示意图如下，关于该微粒的说法正确的是A．M的原子易失电子B．x只能为7C．M为金属元素D．x为8时，M为阴离子3、下列推理中正确的是A．离子是带电的粒子，所以带电的粒子一定是离子B．稀有气体原子的最外层电子数都为8，所以最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体的原子C．原子失去电子后形成阳离子，则原子得到电子后一定形成阴离子D．原子在化学变化中不能再分，则分子在化学变化中也不能再分4、对下列物质构成的说法中，不正确的是A．铜是由铜原子构成的金属单质B ．氧气是由氧分子构成的气体单质C ．水是由水分子构成的化合物D ．氯化钠是由氯化钠分子构成的化合物5、2020年6月23日我国的北斗导航“收官之星”在西昌发射成功，北斗导航卫星系统采用铷原子钟提供精确时问，铷元素在元素周期表中的相关信息与铷原子的原子结构示意图如图所示。
下列说法不正确的是A ．铷单质具有导电性B ．m 的值是37，n 的值是1C ．铷的相对原子质量为85.47D ．氯化铷的化学式为RbCl 26、根据如图有关信息判断，下列说法错误的是A ．镁的相对原子质量为B ．在化学反应中，镁原子容易失去2个电子C ．镁离子核内有12个质子D ．镁离子与镁原子化学性质相同7、2020年1月14日，C919大型客机第二架机迎来了进入2020年后的第一次飞行。
C919部分机身采用了新()24.31()2Mg +型的铝锂合金。
铝锂合金中铝（Al）元素与锂（Li）元素的本质区别是（）A．相对原子质量不同B．原子的中子数不同C．原子的电子数不同D．原子的质子数不同8、下列各组元素中，元素符号的第一个字母不相同的一组是A．锰、钛B．氩、金C．铅、铂D．氦、汞多选题9、北斗导航卫星系统采用铷原子钟提供精确时间，铷元素在元素周期表中的相关信息与铷原子的结构示意图如下图。
低温物理实验技术简介
小型稀释制冷机
稀释制冷机的特点：功率较大、连续制冷
牛津公司产品: 在100mK制冷功率400W最低温度5mK 自制小型机： 在100mK制冷功率50W最低温度50mK
工作原理
稀释制冷
~0.7K
流程图
~10mK
顺磁盐绝热去磁
充气 抽气 真空
核绝热去磁
激光冷却
斯特林循环微型制冷机
脉冲管制冷机系统
低温物理实验技术简介
参考书： 1, 阎守胜、陆果：《低温物理实验的原理与方法》 2, G.K.White： 《Experimental Techniques in
Low-Temperature Physics》
液氦机的发明（1908年首次将氦气液化）
稀释制冷机的发明（20世纪60年代）
低温技术推动低温物理的发展
为什麽在传输液体时杜 瓦管有时会 “出汗”？
输液管（杜瓦管）
实验杜瓦容器
高真空绝热玻璃杜瓦 (可看到液面) 带尾巴的高真空绝热金属杜瓦
实验杜瓦容器
多 层 绝 热 金 属 实 验 杜 瓦
涡 轮 分 子 泵
直接在100升液氦容器中做实验
液面计
鼓
电
膜
容
液
液
面
面
计
计
其它类型： 超导线液面计 碳电阻定点液 面计 ……
三，低温温度的控制，低温恒温器
减压液体的温度范围 (液N2:55-77K; 液He :1.2-4.2K) 小液池的作用 (节省低温液体) 稀释制冷机 (1K以下) 连续冷气流 (控制流量达到不同) 高真空绝热，防辐射屏，减少固体漏热 加热器，控温仪，温度稳定度。 插入实验杜瓦内液面之上不同深度以得到中间温度 获得暂时降温方法— 活性炭退吸附 其它
浅析获得低温的方法
浅析获得低温的方法摘要：低温技术不仅与人们当代高质量生活息息相关，同时与世界上许多尖端科学研究(诸如超导电技术、航天与航空技术、高能物理、受控热核聚变、远红外探测、精密电磁计量、生物学和生命科学等)密不可分。
在超低温条件下，物质的特性会出现奇妙的变化：空气变成了液体或固体；生物细胞或组织可以长期贮存而不死亡；导体的电阻消失了——超导电现象而磁力线不能穿过超导体——完全抗磁现象；液体氦的黏滞性几乎为零——超流现象，而导热性能比高纯铜还好。
本文将会介绍几种获得低温的方法并且简要说说它们的原理。
关键词：低温；方法；原理1、相变制冷物质集态的改变称为相变。
相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热量称作潜热。
物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热。
相变制冷就是利用前者的吸热效应而实现的。
利用液体相变的，是液体蒸发制冷；利用固体相变的，是固体融化或升华冷却液体蒸发制冷以流体作制冷剂，通过一定的机器设备构成制冷循环，可以对被冷却对象实现连续制冷。
它是制冷技术中使用的主要方法。
固体相变冷却则是以一定数量的固体物质作制冷剂，作用于被冷却对象，实现冷却降温。
一旦固体全部相变，冷却过程即告终止。
在低温技术中使用下列相变制冷的方法：液体气化制冷、固体升华制冷。
（1）液体气化制冷原理：利用液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的。
为了使其连续不断地工作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体降压。
蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式和吸附式制冷都具备上述四个基本过程，属于液体汽化制冷。
（2）固体升华制冷原理：以固体制冷剂向高真空空间升华来来获得能量。
其工作温度取决于制冷剂种类、系统压力和热负荷。
如果改变蒸汽流量。
从而改变系统背压，就可以保持一个特定的温度。
目前使用最多的固体制冷为氮、氖、氩及二氧化碳。
氦制冷机油气分离器设计及除油效果测试
试 结果显 示一级 油 气分 离器 除油 效 率达 到 ９ ７ ． ６ ２ ５ ％， 与理 论捕 集效 率较 为一 致 ； 二 级 油 气 分 离器 除
油效 率 ６ ７ ． ３ ７ ％， 对 二 级 除 油 效 率 与 理 论 捕 集 效 率 存 在 偏 差 进 行 了分 析 。 综 合 除 油 效 率 达 到 ９ ９ ． ２ ５ ％。 满足 工程设 计要 求 。
关键词： 氦 制冷机 除 油 气液 分 离
中图分 类号 ： Ｔ Ｂ ６ ５ １
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ０ － ６ ５ １ ６ （ ２ ０ １ ７） ０ ２ － ０ ０ ４ １ － ０ ６
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｏ ｉ ｌ － ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｈ ｅ ｌ ｉ ｕｍ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ
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合肥 ２ ３ ０ ０ ３ １ ）
（ 中 国科 学 院 等离 子体 物理 研 究 所
（ 中 国科 学 技 术 大学 合肥
２ ３ ０ ０ ２ ６ ）
摘， 将 过 程 分 为捕 集一 聚 结－ 排 液 ３个 部 分 ， 并 对捕 集
ｉｒ ｆ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ． ｗｈｉ ｃ ｈ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ ９ ７％ ａ ｎ ｄ ９ ９． ６％ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ — ｇ ａ ｓ ｓ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｒ ｅ ｖ ｅ ａ ｌ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ — ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｉｌ ｆ — ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｈｅ ｄ ９ ７． ６ ２５ ％ ． ｗｈｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ —
液氦温区VM-PT制冷机气量分配特性
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３—４ ３ ３ ９ ． ２ ０ １ ７ ． ４． ０ ０ ７ ４
液 氦 温 区 ＶＭ． Ｐ Ｔ制 冷 机 气 量 分 配 特 性
张 通ｌ － ２ 潘长钊 陈六 彪１ ． ２ 周 远 王俊杰
（ １中 国科 学 院低 温 工 程 学 重 点 实 验 室 理 化 技 术 研 究 所 北 京 １ ０ ０ １ ９ ０ ； ２中 国科 学 院 大 学 北 京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
ａ ｔ Ｌｉ ｑ ｕ ｉ ｄ Ｈｅ ｌ ｉ ｕｍ Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ
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第３ ８卷 第 ４期
２ ０ １ ７年 ８月
制 冷 学 报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆＲ ｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
低温制冷机 氦
低温制冷机氦低温制冷机是一种利用低温物质进行制冷的装置，而氦则是低温制冷机中常用的制冷介质之一。
本文将从氦的特性、低温制冷机的工作原理以及氦在低温制冷中的应用等方面进行探讨。
我们先来了解一下氦的特性。
氦是一种无色、无味、无毒的惰性气体，具有很低的沸点和凝固点，在常温下为气态。
它是宇宙中最丰富的元素之一，广泛存在于星际空间和地球大气中。
由于氦的低沸点和凝固点，使得它成为低温制冷的理想选择。
低温制冷机利用氦的特性进行制冷。
其工作原理主要基于热力学循环，通过氦气的膨胀和压缩来实现温度的降低。
低温制冷机通常由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器等组成。
首先，氦气被压缩机压缩成高压气体，然后通过膨胀阀放松压力，使氦气膨胀成低温低压气体。
在蒸发器中，氦气吸收外界的热量并蒸发，将周围的物体冷却。
随后，氦气被冷凝器冷却并压缩回高压气体，循环再次开始。
氦在低温制冷中有着广泛的应用。
首先，氦被广泛应用于科学研究领域。
在低温物理实验中，需要将物体冷却到极低温以观察其特性，而氦制冷机则提供了可靠的制冷手段。
其次，氦还被应用于超导材料的制备和研究中。
超导材料在极低温下表现出良好的电导性能，而氦制冷机则能够提供足够低的温度来实现超导材料的制备和研究。
此外，氦还被应用于医学影像设备中，例如核磁共振成像仪，其需要低温来保持超导磁体的性能。
低温制冷机使用氦作为制冷介质，能够提供稳定可靠的低温环境，确保医学影像设备的正常工作。
除了氦，低温制冷机还可以使用其他制冷介质，如液氮和液氢。
液氮和液氢具有更低的沸点和凝固点，因此在更低温范围内能够提供更低的温度。
然而，液氮和液氢的制冷能力相对较强，使用起来也更加复杂和昂贵。
相比之下，氦作为一种常见的制冷介质，具有较高的制冷效果和较低的成本，因此在低温制冷中得到广泛应用。
低温制冷机利用氦作为制冷介质，通过氦气的膨胀和压缩实现温度的降低。
氦具有无毒、无味、无色的特性，是一种理想的低温制冷介质。
低温制冷机在科学研究、超导材料制备和医学影像设备等领域有着广泛的应用。
稀释制冷机原理
稀释制冷机He3-He4稀释制冷机原理图1-混合器（10mk） 2-热交换器 3-蒸馏器（0.6-0.7K）4-液池冷凝器（1K）5-液氦预冷 6-液氮预冷 7-机械真空泵 8-液氮冷却的冷阱 9-扩散泵10-限流器 11-真空阀1951年H.London提出可以用超流4He稀释3He的方法制冷的理论。
到1965年P.Das等人根据这一理论制成了3He-4He稀释制冷机，目前已达到2mK的低温。
它可以长时间地维持毫K范围的温度，有较大的冷却能力，已成为获得毫K温度的最重要的手段和设备。
3He，4He的混合液在0.86K以上时，液3He可以以任何比例溶解在液4He 中，但是当混合溶液的温度降到0.86K以下时，混合液则分离成两相，其中含3He 多的相称为浓缩相，而含3He少的相称为稀释相。
在低于0.86K的任一温度都对应于一定的3He含量的稀释相和浓缩相，并达到相平衡。
当从稀释相中取走3He 原子时，为了保持两相的平衡，则由浓缩相中的3He通过相界面进入稀释相以补充被移去的3He原子。
可以计算得3He在稀释相中的焓和熵比在浓缩相中要大得多。
所以这种稀释过程需要吸热，利用这个吸热现象制成了稀释制冷机。
从稀释制冷机的结构图来看，包含相界面的室称做混合室，3He原子从浓缩相经过相界面进入稀释相要吸热而制冷，使温度降低。
包含稀释相的自由表面的室称为蒸馏室，温度维持在0.6～0.7K。
此时3He的饱和蒸气压远高于4He的饱和蒸气压，可以用抽气机抽走，这时浓缩相中的3He原子就不断地通过相界面进入稀释相，抽走的3He经过冷凝再补充到浓缩相中形成循环，使制冷机不断地运行。
稀释制冷机工作流程1.混合器的上部的浓He3相和下部的稀He3相（6.4%）之间存在He3浓度梯度，于是上部的He3原子不断向下部扩散。
此过程中，上部浓相由于熵减小必然吸热，产生制冷效应。
2.同时，下部稀He3相与蒸馏器（1.5%）内也存在He3的浓度梯度，于是He3原子可以源源不断的穿过超流体He4向蒸馏器扩散。
氦制冷机原理
氦制冷机原理
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠氦制冷机的原理！你想啊，就像我们大热天要靠空调来凉快一下一样，有些特别的地方就需要氦制冷机来发挥大作用啦！
氦制冷机呢，简单来说，就是能把氦气变得超级冷的一个神奇机器。
想象一下，氦气本来就很轻很轻，它在这个机器里就像是一个小精灵在跳舞，通过一系列复杂的过程，最后变得冰冷冰冷的。
比如说，在一些科学研究的实验室里，需要极低的温度来进行实验，这时候氦制冷机就挺身而出啦！科学家们就像指挥家一样，让氦制冷机奏响低温的乐章。
你看啊，就好比我们夏天吃冰棍觉得特别爽，那是因为冰棍很冷嘛，氦制冷机呢，就是制造这种“冷爽”的大功臣！它里面有各种部件像紧密合作的好伙伴，压缩机就像大力士，用力把氦气压缩；换热器呢，就仿佛是个魔法师，让氦气在它那里变魔法，温度降下来。
“哎呀，这氦制冷机真的有这么神奇吗？”有人可能会这么问。
嘿，那当然啦！没有它，很多高科技的研究和实验可就没法顺利进行咯！它就像是隐藏在幕后的超级英雄，默默为科学进步贡献力量呢！
所以啊，氦制冷机的原理虽然听起来有点复杂，但它真的超级重要！我们得好好珍惜和利用它带给我们的福利呀！大家说是不是这个理儿呢？。
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稀释制冷机是1962年首先由Heinz London提出的，它的制冷过程中使用了氦的二种稳定同
位素3He和4He的混合物作为制冷剂。
这个过程要依赖3He和4He特殊的热力学特征。
氦是所有气体中沸点最低的，是最难液化的气体。
氦在大气中含量极低，只有5×10-6体积
分数左右。
在极低温下，液氦具有量子性质，即粘度很小，仅为10-12Pa•s左右，具有极好的超
流动性, 流动几乎没有阻力。
同时，导热系数非常大，比铜大104倍，因此在超流液氦中不可能
形成温度梯度。
氦由二种稳定同位素3He和4He组成。
正常的氦气里仅含1.3×10-6的3He，因此，除非特别说明，一般均指4He。
4He在2.172K以下，具有超流动性，而3He的超流动性要将温度
降到0.003K时才显示出来。
在极低温下，液体3He和4He混合时具有吸热效应，这些特性被用于
稀释制冷机中。
Heinz London, German (1907-1970)
低温下3He和4He的液氦混合物相图显示，3He和4He的混合物可以是正常液体、超液体、正
常液体和超流体的两相混合物，取决于混合物的浓度和温度。
稀释冷却只可能发生在低于三相点
温度的地方。
低温下3He/4He液相混合物相图
在低于三相点（0.87K）的温度下，3He/4He液相混合物将由相界面分成两个不同浓度的液相。
一个相主要含有3He，因此被称为3He的浓缩相，对应于从图的右下角至三相点的相平衡线。
一
个相主要含有3He，因此被称为4He的浓缩相，对应于从图的左下角至三相点的相平衡线。
不论
什么温度下，总是至少含有6％的3He。
油和水的混合物在一起是一个很好的例子，可以说明这种状态。
如果维持油水混合物在一个
较高的温度，油和水将保持均匀混合。
但是，如果降低温度，油会与水分开且浮在上面，仔细分
析后发现油中有少量水存在，反之，水中有少量油存在，即这是含有两个不同油水混合物浓度的
两相混合物。
含有两个不同油/水混合物浓度的两相混合物
如同液体蒸发相变制冷，需要额外的能源把3He原子从3He的浓缩相运输到3He 稀缺相（4He 的浓缩相）。
如果3He原子可不断跨越这个界限，则可有效地冷却3He和4He混合物。
由于3He
稀缺相即使在绝对零度也不能的6％，因此，可以在极低的温度下进行有效的稀释制冷。
这个过程发生的地方被称为混合室。
最简单的应用是间歇式稀释制冷机，首先收集大量的3He浓缩相混合物液体，然后将逐渐把3He移到3He的稀缺相进行稀释制冷，一旦所有的3He处于3He稀缺相，制冷过程就停止了。
通常采用连续运行的稀释制冷机。
3He浓缩相混合物在冷凝器中首先液化，然后流到在混合室中，3He从3He浓缩相迁移到3He稀缺相中，产生制冷量，然后3He稀缺相混合物液体在蒸发器（Still）中蒸发，成为3He浓缩相气体混合物，被压缩机加压后返回到冷凝器，开始再次循环。
连续氦稀释制冷原理
氦稀释制冷机具有连续制冷、操作方便、稳定可靠、不用磁场就可获得mK级低温的特点，为低温物理学研究提供了便利。
现已制成能获得约0.005K低温的间歇式稀释制冷机，在连续制冷系统中可达到0.01K。