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低温技术的发展 　　低温学，作为一门科学，迄今至少有130年的历史。低温学的研究从最初的气体液化直至如今，已广泛应用于空间技术、国防建设等科学技术及工农业生产的不同领域。低温学远不是由于现代的需要而出现的神秘技术，现在它已是物理学上一门最基本和最熟悉的分支。这门学科在20世纪的后半期得到了飞速发展并日趋成熟，还形成了不少边缘学科，因此研究低温科学技术的发展将有力进其它科学技术的发展。 　　本文即是对低温这百余年的历史进行了总结，并介绍了各阶段的理论及技术研究成果，通过这些也许会得到某些启示，低温学海可能有很多我们意想不到的用途，它们将有望推动我们的工业技术发展和改善我们的生活。 1. 低温的概念介绍 　　低温学（cryogenic）一词最初是根据希腊文“kryos”（英文译为“icy-cold”，即“冰冷”）及“genes”（英文译为“born”，意指“出生”）得来的，用来描述温度低于-100℃的有关科学与技术。 图1：制冷与低温温区划分及各温度区域的应用领域 　　首先要区分低温和制冷的概念。制冷及低温技术是指用人工制冷的方法使某一物体或某一空间达到并保持所需要的低温，它们之间通常是以所达到的温度来区分的。 　　1955年之前，英、美、西欧诸国将“cryogenic”和“low temperature technology”同时并用，来说明低温技术与冷冻技术（refrigeration）所涉及的不同温区[1]。 　　根据1971年国际制冷学会第13届制冷大会的建议，将低温技术定义为研究温度在120K以下所发生的现象和过程或使用的技术和设备，温度即从接近液化天然气的正常沸点至2K左右的范围。其中，温度低于120K称为低温（cryogenic temperature），温度低于0.3K称为超低温(ultra-low temperature)（图1所示为低温所属温度范围及各种物质状态变化的温度区域）。 低温的诞生及主要发展阶段 低温领域 　　低温的发展可以追溯到18世纪50年代，自从1853年焦耳一汤姆逊节流效应的发现，1869年T. Andrews液化了二氧化碳并提出了临界温度概念之后，低温技术有了最初的萌芽。 　　低温界普遍认为，低温发展的起点为1877年法国工程师L. P. Cailletet和瑞士物理学家R. Pictet几乎同时成功地液化了被称为“永久性”气体的氧气，虽只是雾状液滴，但标志着人类第一次真正跨人了低温技术的新境地。 　　1883年，波兰科学家S. Wroblewski和K. Olszewski在Cracow大学正式获得了在试管中沸腾着的液氧，并在几年后获得了液氮，并与1884年获得液氢雾滴，但为获得完全液态氢。 　　1892年，英国化学教授J. 杜瓦发明了能贮存低温液化气体的真空夹套容器，使低温的发展跨出了巨大的一步。杜瓦发现，夹套内壁镀银的真空玻璃容器，可使贮存的低温液体的蒸发率减小为普通容器的1/30，因此能长期贮存低温液体，这为氢和氦的液化铺平了道路，也为低温领域的研究提供了重要条件。 　　1895年，德国C. 林德和英国人汉普逊采用简单节流法部分分离空气，制成了第一台能连续运转的空气液化器。1900年，林德制成用氨预冷的空气液化器，第一个将空气液化技术用于工业生产者。 　　1898年，杜瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，制成了第一台实验室氢液化器，获得了在真空绝热罐中平静沸腾着的20cm3液氢，温度为20.4K。 　　1902年，法国工程师G. Claude首次采用活塞式膨胀机开发了实用的空气液化系统，并于同年成立了法国空气液化公司。这是低温技术发展史上的一场革命，它使气体液化技术由实验室走向工业规模，从此液空精馏法生产氧和氮工业获得稳步发展。这成为低温技术发展史上的一场革命。 　　1908年，荷兰科学家K. 翁尼斯在来登大学物理实验室实现了最后一种“永久”气体氦的液化。他用液氢和液态空气预冷，再用节流膨胀获得了4.2K低温的液氦。此后不久翁尼斯用真空泵对氦液面减压，获得了超流氦。 　　1926年美国R. Goddard博士首次采用液氧和汽油为推进剂的火箭试验，该技术后来被德国用于V-2武器系统，并在1942年试射V-2火箭成功，成为第一个应用低温液体推进剂的火箭，采用液氧和75%乙醇与25%水的混合物。 　　1934年，俄罗斯科学家卡皮查在英国剑桥用于氦液化的透平膨胀机。 　　1947年，麻省理工学院柯林斯教授开发了具有活塞膨胀机的氦液化器，由A. Little公司生产，使液氦在制冷技术的开发和实际使用中得以广泛应用[2]。 2.2超低温领域 　　随着降低温度方法的不断发明，低温的范围也不断扩大，很快便进入了超低温领域。 　　1933年，美国W. Giauque和MacDougal