(完整版)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。
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。
量子计算用极低温稀释制冷机
量子计算用极低温稀释制冷机量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，它利用量子比特的叠加和纠缠特性，可以在某些情况下比传统计算机更高效地解决一些问题。
然而，要实现量子计算，需要稳定的量子比特和精确的操作，这对于硬件设备提出了极高的要求。
由于量子计算的特殊性，其硬件设备必须在极低的温度下工作，以减少量子比特与环境的相互作用，从而保持其稳定性。
为了达到这一目的，科学家们发展了一种称为极低温稀释制冷机的设备。
极低温稀释制冷机是一种可以将物质冷却到极低温度的设备。
它的工作原理基于稀释制冷的概念，即利用稀释剂的蒸发来吸收材料的热量，从而使其温度下降。
这种制冷机通常由两个部分组成：冷头和冷源。
冷头是实现制冷效果的关键部件，它通常由一种称为超流体的物质构成，如液氦。
超流体的特点是在极低温下具有零粘度，可以无阻力地流动。
冷头中的超流体会通过蒸发冷却附近的材料，从而将其温度降低到极低的水平。
冷源则是为冷头提供低温环境的部分。
常用的冷源是一种称为制冷剂的物质，如液氮。
制冷剂可以通过蒸发将其温度降低到很低，然后通过冷头将这种低温传递给需要冷却的物质。
极低温稀释制冷机的工作过程可以简单描述如下：首先，制冷剂在冷源中蒸发，吸收周围材料的热量，使其温度下降。
然后，制冷剂将这种低温传递给冷头，使冷头中的超流体蒸发并吸收材料的热量。
最终，冷头将材料的温度降低到极低的水平。
利用极低温稀释制冷机，科学家们可以将量子计算中所需的硬件设备冷却到极低的温度。
这样一来，量子比特的稳定性可以得到保证，从而使得量子计算的实现更加可行。
此外，极低温稀释制冷机还可以用于其他需要极低温环境的领域，如超导电子学、低温物理学等。
总结起来，极低温稀释制冷机是一种可以将物质冷却到极低温度的设备，它通过稀释剂的蒸发来吸收材料的热量，从而实现冷却效果。
在量子计算中，极低温稀释制冷机可以为硬件设备提供稳定的低温环境，保证量子比特的稳定性，从而实现高效的量子计算。
空间低温制冷技术的应用与发展
空间低温制冷技术的应用与发展朱建炳【摘要】随着空间技术的快速发展,空间低温制冷技术也取得了长足的进步.介绍了国内外空间低温制冷技术最新研究进展及其在对地遥感和深空探测航天器中应用情况,结合国内空间低温制冷技术的发展现状,提出了我国开展空间制冷技术研究的几点建议.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2010(016)004【总页数】6页(P187-192)【关键词】低温技术;空间制冷;低温制冷机,航天器【作者】朱建炳【作者单位】兰州物理研究所,真空低温技术与物理重点实验室,甘肃,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】TB661 引言空间低温制冷技术主要是为卫星、飞船等航天器提供所需低温条件的获得技术,及其制冷设备长期稳定工作的控制技术和制冷设备与被冷却对象之间耦合技术。
主要为航天器应用的各种低温探测器、超导器件、低温电子学等装置提供稳定、可靠的低温条件，保证其获得良好的工作性能。
近几年，随着空间技术的发展，使得各种遥感仪器广泛应用于航天器上，如红外探测器、X射线、γ射线和亚毫米波探测器、超导量子探测器等。
由于宇宙是一个高真空、约3 K的低温环境，航天器上所配制的这些低温光学探测系统的温度往往高于背景温度，很容易干扰视场内的目标信号，影响探测效果。
降低光学遥感系统的温度，既可减少本身的热噪声，也可屏蔽或排除视场外的热干扰，可以提高探测的精确度和灵敏度。
因此低温制冷系统是对地遥感卫星和深空探测航天器不可缺少的重要组成部分，必须加大开发力度，以满足航天技术发展的急需。
2 对空间低温制冷技术的要求探测器的噪声源主要有载流子热运动引起的热噪声、产生-复合噪声和背景辐射噪声，降低探测器及其光学系统的温度可以有效地降低探测器的热噪声和背景辐射噪声，提高探测器的精度和灵敏度。
一般探测器的波长越长，需要的制冷温度越低。
用于对地遥感的红外探测器，工作温度在液氮温区就可取得满意的探测效果。
而应用于宇宙背景探测、空间红外观测、毫米波亚毫米波探测、相对量测量以及空间磁场测量等深空探测和天文观测的航天器，其探测器和光学系统必须工作在液氢或液氦温区，有时甚至要工作在几十毫开的极低温区，才能降低探测器的背景噪声和辐射干扰，获取分辨率较高的探测精度。
氦制冷原理
氦制冷原理氦是一种常见的制冷剂，它在低温物理实验和工业制冷领域有着广泛的应用。
氦制冷原理是指利用氦气的特性来实现低温制冷的过程。
在这个过程中，氦气通过压缩、膨胀、吸热和放热等过程，将热量从被制冷物体中带走，从而使被制冷物体的温度降低。
下面将详细介绍氦制冷原理的相关知识。
首先，氦气具有良好的导热性能，这使得它在制冷过程中能够快速地吸收被制冷物体的热量。
其次，氦气在常温下是一种无色、无味、无毒的惰性气体，这使得它在制冷过程中不会对被制冷物体造成污染或损害。
此外，氦气的沸点非常低，仅为4.2K，在常压下，这使得它非常适合用于制冷超导体和其他需要极低温度的实验。
氦制冷原理的关键在于氦气的压缩和膨胀过程。
在制冷装置中，氦气首先被压缩成高压氦气，然后通过冷凝器散发热量，使氦气冷却成液态氦。
接着，液态氦通过膨胀阀膨胀成低压氦气，这个过程中液态氦吸收了大量的热量，使得被制冷物体的温度得以降低。
最后，低压氦气再次通过蒸发器吸收热量，变成高压氦气，完成一个制冷循环。
除了压缩和膨胀过程，氦制冷原理还涉及到氦气的传热过程。
在制冷装置中，冷凝器和蒸发器起着至关重要的作用。
冷凝器通过散发热量使氦气冷却成液态氦，而蒸发器则通过吸收热量使液态氦蒸发成气态氦。
这些过程需要精确的控制和设计，以确保制冷装置的稳定运行。
总的来说，氦制冷原理是利用氦气的特性，通过压缩、膨胀和传热过程，将热量从被制冷物体中带走，从而实现制冷的目的。
氦气的导热性能、低沸点和无毒无害的特性，使得它在低温制冷领域有着独特的优势和广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，相信氦制冷技术将会得到进一步的改进和应用，为人类的科学研究和工业生产带来更多的便利和可能。
稀释制冷机原理
稀释制冷机（Dilution Refrigerator）是一种常用于实验室和科研领域的低温制冷设备，其工作原理如下：
稀释剂循环：稀释制冷机使用一种称为稀释剂的特殊气体，通常是氦气。
稀释剂首先通过压缩机被压缩成高压气体，然后通过冷凝器冷却，变成液体。
稀释剂稀释：液态稀释剂进入稀释空间，与高温环境中的热稀释剂混合。
热稀释剂是另一种气体，通常是氦气或氢气。
混合后的稀释剂成为混合气体。
稀释剂膨胀：混合气体通过一个膨胀阀进入膨胀室，降低压力和温度。
这个过程称为稀释剂的膨胀，由于膨胀过程中的能量损失，混合气体的温度迅速下降。
低温环境形成：通过膨胀室和热交换器，混合气体的温度降至非常低的水平，通常在几个毫开尔文以下。
这样就创造了一个非常低的温度环境，适合进行低温实验和研究。
稀释制冷机的核心原理是通过将稀释剂与热稀释剂混合，通过膨胀过程降低温度。
通过控制稀释剂的压力和膨胀过程，可以实现非常低的温度，通常可以达到接近绝对零度的级别。
这使得稀释制冷机成为研究低温物理和量子计算等领域的重要工具。
(完整版)He3制冷机原理
He3制冷机He3闭循环制冷机是一种非常独特的低温设备，可以为制冷式敏感红外和毫米波bolometer提供300mK的低温。
该系统首先在2K温度液化几升He3 （STP），然后通过吸附泵减压使温度降至300mK，并维持在该温度点。
He3制冷机是一个多级冷却装置，外层为77K液氮冷却的防热辐射屏，液化单元和吸附泵通过泵抽液氦（He4）降至2K以下。
一旦He3液化后，手动打开热开关将液氦He3与液氦He4蒸气隔绝；然后闭合另一个热开启动吸附泵。
温度一直维持直至He3全部消耗掉。
根据设计的需要，可以实现24-48小时为周期的循环工作。
一旦液化完成，该系统返回4.2K。
该系统无电子设备或机械泵，仅有的机械装置就是热开关，所以该系统非常便携皮实，非常适合实验室、飞行器或气球上面使用。
工作原理：He3制冷机是通过液化He3气体并进一步减压制冷，来得到约250mK的低温。
He3制冷机的工作原理如图所示。
在制冷机顶端是一个真空门阀，其主要作用是保证方便可靠的插入和拔出样品杆，而不会泄漏损失昂贵的He3气体或者导致空气进入样品空间。
通过真空门阀样品杆可以从顶部插入，从而固定在样品杆末端的样品可以到达制冷机底部的样品池。
在样品池的上部是1K池，通过引入液氦到1K池并用机械泵连续抽取，可以让1K池温度保持在大约1.2 开尔文，这样当He3气体碰到1K池表面时就会变成液体，最终流到制冷机底部的样品池。
在有He3液体的时候，其蒸汽压同温度是一一对应的：蒸汽压越低，其温度就越低。
在1K池的上面不远是一个内置的吸附泵，通过调节其温度可以调节其对He3气体的吸收能力，从而调节He3液体的蒸汽压。
当吸附泵温度在10开尔文以下时，其对He3有最大的吸附能力，可以将He3液体的蒸汽压降到非常接近零，这时He3液体的温度最低可达250 毫开尔文。
由此可知He3制冷机的制冷降温过程如下：在初次制冷时，让吸附泵保持足够高温（约大于40开尔文）使其基本不吸附He3气体，保持1K池温度在1.2K 左右；打开气阀让储存在外置储取瓶中的He3气体流入样品空间，其碰到1K池表面就会变成液体，流到底部的样品池，这样样品就直接侵泡在He3液体里；当大部分He3气体都已液化以后，慢慢降低吸附泵的温度，让其开始抽取剩余的He3气体，降低He3的气压，从而降低He3液体温度，直至最低（<300mK）。
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。
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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10-12 Pa?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3 He，因此，除非特别说明，一般均指4 He。
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3 He，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 。