对于温度，大家都有一个比较清楚的认知，比如说人类的正常体温大约是在36.5℃，而水结冰的温度刚好是0℃。一般来讲，这个世界上没有最高和最低的温度，因为人类的认知是有限的，不能保证所测出的温度就一定是某个极限。
    不过，科学家们在热力学领域提出了一个绝对零度的概念，指的就是热力学中的最低温度。绝对温度的数值是零下273.15℃，这是目前人类给出的最小温度理论极限值，但是却无法真正地达到，因为它只是一个下限值。

    | 绝对零度
    从热力学的角度讲，绝对零度的定义是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度，只是这个最低点并不存在。所以对于科学家们而言，绝对零度只能作为一个参考标准，它虽然有具体的数值（-273.15℃），但却是一个不可能达到的下限，也无法进行测算。
    那么为什么还要定义绝对零度呢？因为在某些极为关键的技术领域，绝对零度的标准往往能提供重要的帮助。它是科学家们进行技术研发的理论支持，也是一些系统的核心组成部分。比如说在低温制冷系统方面，绝对零度的概念就扮演了一个关键性的角色，越是接近绝对零度的制冷系统，其效果就越好，而且作用范围也越大，在军工、生物制药以及宇宙探索等领域，都能发挥出重要的作用。低温制冷系统对技术的要求非常高，堪比芯片制造过程中的光刻机，而且其重要性有过之而无不及。
    | 我国在低温领域的成就
    目前，我国已自主研制出超流氦（-271℃）大型低温制冷系统，这一系统全面突破了大型低温制冷装备核心技术，使我国大型液氦到超流氦温区低温制冷技术进入国际先进行列。
    氦是一种气体，在-269℃会成为液体，到-271℃就会成为超流氦，流阻变为零，会出现沿着杯壁流到杯外等奇特现象。要想得到液氦或超流氦，就需要低温制冷机。在实验室中使用液氦或把温度降低到接近绝对零度并制备超流氦不算是太大的难题，但要制备作为能源、资源或能够大规模使用的液氦或超流氦却并不容易。
    研究出大型、连续稳定运行的制冷设备是一个世界性难题。这个大型低温制冷系统就像一个大冰箱，这个“大冰箱”要把温度降低到-271℃，还要保证千瓦级、百瓦级的连续稳定工作。当温度达到到-269℃之后，每下降1℃或功率每增加一个数量级，难度都将指数级地增加，相关系统都需要重新设计，关键部件也要升级换型。
    目前我国能在液氦温度（-269℃）下提供数千瓦制冷量，在超流氦温度（-271℃）下提供数百瓦制冷量，项目整体技术达到国际先进水平，其中高稳定性离心式冷压缩机技术和兆瓦级氦气喷油式螺杆压缩机技术达到国际领先水平。更重要的是，项目的成功实施，培育了20余家优秀配套企业，带动我国高端氦螺杆压缩机、低温换热器和低温阀门等行业的快速发展，提高了一批高科技制造企业的核心竞争力，使相关技术实现了从无到有、从低端到高端的提升，初步形成了功能齐全、分工明确的低温产业群。

    | 为什么是氦气
    氦被称为最不活泼的元素，通常情况下以气体的形态存在，是一种无色、无味的气体。氦气具有极低的熔点和沸点，通过反复冷却加压得到液化后的氦（-269℃），其表面张力很小、导热性很强、黏度极低，甚至液化后的氦可达到接近绝对零度的低温。在-271℃时液化后的氦粘性会消失，它在任何东西上流动都没有阻力，甚至可以垂直的爬上容器的壁，其传热系数比铜还好。科学家把这种没有阻力的流动叫作超流。这些已知特性导致没有任何低温冷源能够替代氦气作为超级冷却剂。

    | 液氦和液氮有什么不同
    在低温技术领域，液氦和液氮是运用最广泛的冷却剂和制冷剂。这两种液相气体，他们都拥有一个共同点那便是低温制冷，但其实不同之处也有许多。
    1、液氦和液氮最低温度差距明显
    液氦可达到接近绝对零度的低温，它的最低温度可以达到-271℃。虽说液氮的低温表现也是非常优秀了，但它的最低温度仅只有-196.56℃。
    2、液氦和液氮的化学性质大不相同
    它们不作为产品制造的原材料，只作为冷却液体，那么只降温而不与原材料发生化学反应也是先决条件之一。氦是最不活泼的元素，几乎不与其他任何元素化合。作为制冷剂的液氦不会与冷却目标反应，改变目标的特性，这样也不会产生多余的损耗。
    液氮的性质相较于液氦活泼很多，所以液氮是一种是普遍的实验室超低温降温方式，在一些量子物理学实验室中研究凝聚态的时候广泛用到的降温液体其实也就是液氮。
    谈到降温液体的活泼性，有种气体不得不提一下，那便是液氢。这东西理论上是可以作为降温液体用的，而且性能可能比液氮还要好，毕竟液氢可以将温度降低到-252.8℃，已经十分接近于液氦的水平了。只不过要注意的一点是，液氢蒸发出来的就是氢气，是极容易爆炸的危险气体。
    3、液氦和液氮价格相差甚远
    氦气作为稀有气体，它的获取成本高，国内市场95%的氦气都依赖于进口，所以价格坎比黄金。氮气就不同了，因为空气中含量最多的气体就是氮气，获取起来简单方便，量还多，所以价格和氦气就相差了好几倍。

    | 液氦的应用
    1、反映堆冷却剂
    核反应堆的冷却剂是指用来冷却核反应堆堆芯，并将堆芯所释放的热量载带出核反应堆的工作介质，也称载热剂。对于此类冷却剂，不仅需要满足一般的热工、水力学性能，还需要其热中子吸收截面小、感生放射性弱、辐照稳定性好，且能够与反应堆结构材料有一个很好的相容性。常用的冷却剂有轻水、重水、二氧化碳、氦气等。目前我国的大型低温冷却系统已经出口应用于韩国核聚变大科学装置（KSTAR）等项目。
    2、超导领域的应用
    液氦的超低温冷却技术在超导技术等领域有较广泛的应用。目前所有的超导材料需要在-130℃以下的低温中才能表现出超导特性。但是，大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温。低温超导技术在电池相关的领域应用广泛，如交通行业的磁悬浮列车、医疗领域的核磁共振成像设备等，都需要用到液氦。
    同时，液氦以及超流氦温区大型低温制冷设备也是氦资源开采、航天工程、氢能利用、以及大科学装置运行不可替代的基础支撑装备。随着社会经济的高速发展，我国已成为大型低温制冷设备的使用大国。

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来源: 吉林科普微窗

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