罗二仓

简单来说，制冷技术分为普通制冷和低温制冷两大类。普通制冷是指制冷温度在120K(即-153℃)以上的制冷技术，家用电器的制冷就属于这一类，而低温制冷则是指制冷温度低于120K的制冷技术。低温制冷技术具有广泛的应用前景，它是开展前沿科学研究、发展高新技术和国民经济不可或缺的核心技术或关键性支撑技术。北京正负电子对撞机(BEPC)、上海同步辐射光源（SSRF）、合肥超导托克马克装置(EAST)、欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)以及国际热核反应堆（ITER）等大型科学装置中无不需要大型氦低温制冷系统来产生低温超导强磁场条件；在高新技术的发展中，低温制冷技术的应用更是无处不在，像红外探测器、核磁共振成像仪（MRI）、高温超导滤波器的冷却都需要可靠性高、振动小的高性能微小型低温制冷技术。此外，在航空航天领域，大推力火箭的液氢液氧发动机以及太空环境的模拟都需要低温制冷技术的支撑；在国民经济建设领域，低温制冷技术也发挥了巨大的作用，例如钢铁工业和化工工业所需要的氧气、氮气等原料就主要是通过低温制冷液化技术再加低温精馏的方法获得的，而在能源领域广泛使用的清洁化石燃料天然气也有很大一部分是通过低温液化制冷技术获得的。

   可以看出，前沿科学研究、高新技术发展以及国民经济建设对低温制冷技术提出了多种不同的需求，制冷温度横跨120K至0K之间，而制冷功率则从几十毫瓦至几百万千瓦，相差近10个数量级。除了对制冷温度以及制冷功率的要求外，许多应用领域对低温制冷系统的可靠性、寿命、振动、电磁干扰、环境适应性等都提出了极高的要求。遗憾的是，迄今为止还没有一种低温制冷技术能够同时满足这些不同应用场合的需求，因此，人们正在探索和发展不同的低温制冷技术来满足这些需求。

也正是由于低温制冷技术在推动前沿科学研究、高新技术发展以及国民经济建设中所具有的极端重要性，西方国家长期以来对我国实施技术封锁和禁运。为了打破国外技术封锁，开展自主创新的技术研发对我国是极其重要和必要的。众所周知，回热式微型低温制冷机是一种用于红外探测器、超导电子学器件的主要低温制冷技术，应用前景广阔，但我国在这方面的技术一直落后于西方发达国家。我们对它的工作机理了解不透，在理论上和实践上都没能很好地掌握这项技术，在新方法和新技术的探索方面也落后于美国等西方发达国家。

传统的回热式低温制冷技术虽然西方发达国家领先于我国，但是可靠性不高，振动比较大，远不能满足红外探测器、高温超导滤波器等低温电子器件对可靠性、振动的需求，极大地制约了许多低温电子器件的应用和推广。而热声制冷技术是回热式低温制冷技术的新发展和新方向，它主要包括由热驱动和电驱动的热声制冷机，前者完全没有机械运动部件，今后在航空航天等超长寿命的探测器冷却方面有应用前景，因此，微型低温热声制冷机已成为目前红外探测器、高温超导滤波器、核辐射探测器等理想的低温冷源，各国都投入极大的人力、物力开发研究。

通过近十几年的自主创新研究和发展，我国一方面在热声基础理论上取得了领先的理论成果，提出了新的理论观点，建立了新的理论模型，纠正了国外研究者对热声制冷的微观热力循环和热声效应的错误认识。这些新的观点和理论指导我们在最近几年不断提出热声发动机和热声制冷机在循环和流程方面的新思路，并指导我们研制出国际上性能领先的热声制冷技术和产品。令人自豪的是，我们在国际上首次研制出突破液氢温度的完全无运动的热驱动低温热声制冷机（该成果获得中国物理学会胡刚复实验物理奖），研制出国际上发电功率最高达到7kW以上的新型行波热声发电技术。同时，通过与企业的结合，我们研制出目前国际上性能最先进的低温热声制冷机，支撑了我国军用超导滤波器的研究和开发，目前这些产品还销售到了美国、澳大利亚等国家，为我国低温制冷技术的研发抢占了制高点，并在国际上赢得了合作伙伴和领先地位。

随着我国国力的增强和国民经济的不断发展，低温制冷技术将会有越来越多的应用。基于热声效应研制的完全没有机械运动部件的撬装式液化技术将因为高可靠性、低成本、低维护和高效率等特点成为未来几年研究开发的热点技术，这一新技术的发展将引起国际上的激烈竞争。因此，我们必须坚持自主创新，及早部署研究和开发，同时做好产学研的协调，破除技术转移转化过程中的机制、体制障碍，充分调动各创新要素的力量，力争使我国在此领域的研究和应用取得先机，占领制高点。只要我们坚持自主创新、原始创新的思想和理念，同时实实在在地干下去，中国低温制冷技术一定会有美好明天和灿烂的前景！

作者单位：中国科学院理化技术研究所