一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法，其步骤如下：步骤A：绝热去磁过程，利用上级阻挫磁性工质在临界场附近显著的磁热效应冷却下级顺磁盐，通过磁热泵浦减小后者的磁熵并实现更低制冷温度；步骤B：等温去磁过程，下级保持工作温度，同时上级作为热保护层；步骤C：磁化升温过程，增大磁场，使得磁热模块升温至热沉温度；步骤D：等温磁化过程，在热沉温度下充磁，磁热模块回到初始状态；通过以上步骤，能实现“单次”磁制冷过程，获取极低温并大幅提升制冷冷量；并且通过四个步骤后制冷机复位，能重复上述过程继续工作；能满足深空探测，超导测量，极低温光谱，量子电子学等对极低温的要求，有效缓解氦资源紧缺诸问题，对基础研究和发展新型量子技术都具有重要的实际价值和战略意义。具有重要的实际价值和战略意义。具有重要的实际价值和战略意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法


[0001]本专利技术提出了一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法，它利用关联量子材料与传统顺磁盐复合产生的磁热泵浦实现高效制冷，涉及低温制冷技术，可以应用于深空探测、量子技术等领域。

技术介绍

[0002]磁热效应(magnetocaloric effect,MCE)是指在绝热条件下磁体的温度随外加磁场调控变化的现象和规律。当外磁场增大时，顺磁盐被磁化而产生熵的变化，在绝热情况下系统温度上升；反之，磁场减小时顺磁盐温度下降则可以制冷。借助磁热效应发展出的绝热退磁制冷技术(Adiabatic Demagnetization Refrigerator,ADR)是历史上最早实现1K以下(亚开)低温的制冷技术。
[0003]自上世纪八十年代以来，随着人类航天科学探索活动的增多，对深空探测器工作温度区间的要求也越来越低，常常在50
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100mK之间。由于太空的微重力环境，稀释制冷不再适用，因此包括美国宇航局、欧洲航天局在内的国际空间研究机构主要利用绝热退磁制冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法，其特征在于：其步骤如下：步骤A：绝热去磁过程，利用上级阻挫磁性工质在临界场附近显著的磁热效应冷却下级顺磁盐，通过磁热泵浦减小后者的磁熵并实现更低制冷温度；步骤B：等温去磁过程，下级保持工作温度，同时上级作为热保护层；步骤C：磁化升温过程，增大磁场，使得磁热模块升温至热沉温度；步骤D：等温磁化过程，在热沉温度下充磁，磁热模块回到初始状态；通过以上A
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C
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D四个步骤，能实现“单次”(one
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shot)磁制冷过程，获取极低温并大幅提升制冷冷量；并且通过四个步骤后制冷机复位，能重复上述过程继续工作；通过以上步骤，将阻挫磁性材料和顺磁盐级联起来，利用磁热泵浦过程，仅使用非常紧凑的单超导磁铁极大提升制冷机冷量；能满足深空探测，超导测量，极低温光谱，量子电子学对极低温的要求，缓解氦资源紧缺的问题。2.根据权利要求1所述的一种基于新型阻挫磁性材料的级联式无液氦制冷机设计方法，其特征在于：在步骤A中所述的“绝热去磁过程”，其具体含义为：磁热模块与外界绝热等熵降低磁场的过程；其具体做法如下：初始工作状态下，热沉与磁热模块热导通，上下级温度与热沉温度一致；随后将热沉与磁热模块热断开，磁热模块与外界绝热，但上下级保持热导通；随着磁场从峰值场缓慢降低至临界场，上级阻挫磁性工质在量子临界点附近表现出显著增强的磁热效应；到达临界场之后，将磁热模块上下级热断开，磁场继续缓慢降低，下级顺磁盐绝热去磁降温至工作温度，上级阻挫磁性工质随着磁场降低，温度也缓慢变化；该步骤A具体分为下面A1和A2两个子步骤：步骤A1：峰值场
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临界场：磁热模块上下级热导通，与热沉热断开；具体做法如下：初始状态时磁场为峰值场，磁热模块温度与热沉温度一致，随着磁场降低，上下级作为一个整体沿着等熵曲线降温；上下级的熵并不固定，而是在两级之间交换，因此当二者复合退磁时，临界点附近磁热效应带来显著温变和“更快”的降温，冷却顺磁盐到更低的温度，通过泵浦过程降低其磁熵；由于下级的部分磁熵被泵浦到了上级的阻挫磁性工质中，从而使最终的冷量大幅提升；步骤A1所述的“峰值场”，其具体含义为：超导磁铁的最大磁场，即磁热工质在绝热退磁过程中所需的最高磁场，此时顺磁盐和阻挫磁性工质均被极化，进入顺磁相；步骤A1所述的“临界场”，其具体含义为：磁热模块中的上级阻挫磁性工质的量子临界点所对应的磁场；对于阻挫自旋模型而言，临界场通过半经典自旋波分析得到，对于真实阻挫...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，刘鑫阳，苏刚，高源，金海，项俊森，
申请(专利权)人：中国科学院理论物理研究所，
类型：发明
国别省市：