為何液氦是理想的超低溫冷卻劑

氦元素被稱為最最不活躍的元素之一，通常存在于氣態形態中，無色無味。它在氣體狀態下非常難液化，并且不可能以標準大氣壓固化。由于其獨特的物理性質，液態氦已成為許多行業中的冷卻劑。

一、反應堆冷卻劑的情況

冷卻劑是用于冷卻核反應堆堆芯，并將堆芯釋放的熱量帶出核反應堆的介質，也被稱為載熱劑。簡單來說，冷卻劑是一種能夠導出高溫物體熱能，并使物體降溫的物質。

針對這種類型的冷卻劑，除了需要具備一般的熱工和水力學性能外，還要求其具有小的熱中子吸收截面、弱的感生放射性、良好的輻照穩定性，并且與反應堆結構材料能夠有良好的相容性。

常見的散熱介質包括輕水、重水、二氧化碳和氦氣等。

二、液氦冷卻的性質

液態氦是一種主要用作低溫源的物質，它被用作超級冷卻劑。原因在于氦具有非常低的熔點和沸點，常溫下沒有三相點，而且是唯一一種在大氣壓和0K下不會固化的物質。經過重復的冷卻和加壓處理后，液態氦的表面張力很小，導熱性很強，黏度極低，甚至可以達到接近絕對零度的低溫（約為~273.15℃）。這個特性使得氦成為沒有其他低溫冷源可以代替的超級冷卻劑。

此外，氦的化學性質非常穩定，幾乎不與其他任何元素發生化學反應。換句話說，氦作為制冷劑時不會與被冷卻的物體產生反應，也不會改變其任何特性，因此也不會造成額外的損耗。

三、液氦的冷卻應用廣泛。

液氦的低溫冷卻技術在領域中被廣泛應用，比如超導技術。目前所有超導材料都需要在~130℃以下的低溫環境下才能展現出超導特性。然而，大多數情況下，只有液氦能夠相對簡單地實現如此極低的溫度。低溫超導技術在電池相關領域得到廣泛應用，比如交通行業的磁懸浮列車，以及醫療領域的核磁共振成像設備等，都需要使用液氦。

我國已經成功通過驗收和成果鑒定，并已經完成了重要的科研裝備項目——“液氦到超流氦溫區大型低溫制冷系統研制”。這個項目在技術分析和應用領域有廣泛的應用。無論是液氦還是超流氦溫區大型低溫制冷設備，都是氦資源開采、航天工程、氫能利用和大型科學裝置運行所必需的基礎設施。

隨著社會經濟高速發展，我國已成為大型低溫制冷設備的大規模使用國家。液氦作為制造超低溫的“神奇工具”，預計未來市場潛力巨大。