Будущее охлаждения: как новые технологии могут изменить научные исследования
Используя более эффективный метод охлаждения по сравнению с существующими подходами, исследователи обещают самые низкие температуры в мире за малую долю стоимости и времени.
Проблема охлаждения
В мире научных исследований необходимость охлаждать самые чувствительные электрические приборы до экстремально низких температур является постоянной реальностью. Будь то квантовые вычисления или астрономия, поддержание температуры, близкой к абсолютному нулю, крайне важно для защиты приборов от внешних воздействий, таких как перепады температуры. Эта концепция известна как «Большой холод», и ее важность нельзя недооценивать в стремлении получить точные и надежные научные результаты.
Традиционно ученые используют импульсные трубчатые холодильники (PTR) для достижения чрезвычайно низких температур, необходимых для экспериментов. На практике для охлаждения приборов в них используется газообразный гелий, проходящий сложный процесс испарения и конденсации. Однако, несмотря на свою эффективность, эти холодильники имеют существенные недостатки. Они не только потребляют огромное количество энергии, но и дороги в эксплуатации, а также требуют много времени для достижения необходимых температур.
Эти ограничения долгое время мешали научным исследованиям, замедляя прогресс и увеличивая расходы, что возвращает нас к недавно опубликованному исследованию.
Новая многообещающая технология
Группа специалистов из Национального института стандартов и технологий (NIST) объявила о крупном прорыве в области охлаждения. В частности, исследователи разработали новый прототип холодильника, который, по их мнению, может обеспечить «Большой холод» гораздо быстрее и эффективнее, чем традиционные методы. Этот прорыв может произвести революцию в проведении научных экспериментов, значительно сократив время подготовки и связанные с этим расходы.
Но как работает эта новая технология охлаждения? В отличие от традиционных PTR, которые оптимизированы для одной базовой температуры, новый прототип, разработанный NIST, использует инновационную конструкцию для более эффективного использования газа гелия. Благодаря интеллектуальному клапану, расположенному между компрессором и холодильником, часть гелия, который обычно расходуется впустую, перенаправляется для более эффективного охлаждения. Такая оптимизация позволяет достичь эффекта «Большой холод» в 1,7-3,5 раза быстрее, чем при использовании традиционных методов.
Результаты исследования впечатляют. По оценкам ученых, использование новой технологии охлаждения позволяет сэкономить до 27 миллионов ватт энергии в год и сократить глобальное потребление энергии на 30 миллионов долларов. Кроме того, они смогут сократить время подготовки к ключевым научным экспериментам на несколько недель, что значительно ускорит прогресс в различных областях исследований.
Каковы области применения и перспективы?
Последствия этого прорыва весьма обширны. Помимо ускорения экспериментов в области квантовых вычислений и астрономии, новая технология охлаждения может также проложить путь к ускорению инноваций в области квантовых вычислений. Исследователи утверждают, что в будущем могут быть разработаны еще более эффективные методы охлаждения, что может произвести революцию в нашем понимании квантового мира и открыть путь к новым технологическим достижениям.
В конечном счете, новая технология охлаждения, разработанная Национальным институтом стандартов и технологий, дает новую надежду на будущее научных исследований. Благодаря сокращению времени проведения экспериментов и экономии энергии эта инновация может привести к значительным достижениям во многих областях, от квантовых вычислений до астрономии и исследований редких явлений.
Поскольку ученые продолжают совершенствовать эту технологию, в ближайшем будущем мы можем ожидать еще более захватывающих достижений.