为什么要用液氦制冷？

Question

如题所述

Answer 1

知乎日报收录
这个题目不难回答，所以顺带多说几句废话，想直接看结论的话看加粗部分就可以了。

氦原子的质量很小，容易脱离地球引力而逸散到宇宙空间；地球上目前的氦基本来自于放射性元素的 α 衰变，在漫长的地质年代中缓慢累积的氦可以从地下的稀有气体矿被开采出来（比如某些天然气矿就含有很高含量的氦）。所以氦在地球上储量不高，是昂贵的、稀缺的、（暂时）不可再生的资源。中国天然气和氦储量都很稀少，基本依靠进口，但价格嘛…… 超导材料的确很多用到这个温度，但这是刚性需求，没法避免。所以很多地方已经开始回收液氦了，比如我校核磁中心大量使用液氦，所以建了氦气回收装置，据说几年就可以补回成本。总结：液氦很稀缺，难再生，如果没有极低温需求则不需要用。

液氢也是比较好的低温介质，只是这 20 K 的温度有点鸡肋，远低于液氮的温度，却不足以满足某些更低温的需求，所以可以用很多其它低温介质替代。另外这玩意最为人熟知的用途是火箭燃料啊，用氢气钢瓶都得无比小心，用液氢制冷的话那可就是个大型氢气发生器。（P. S. 一直想试试吸一大口氢气飙几句从来唱不上去的高音 hhhhh）总结：氢气易燃，危险性太高，相同温度下有足够的替代品。

另外，过低的温度会导致副作用，比如某些实验器材的强度会大幅下降，再比如另一篇回答提到的氧气比氮气沸点高，液氮可能导致氧气的液化。化学中很多反应也需要低温，但过低的温度会在动力学上阻止反应的进行，所以选取合适的低温介质非常重要，常用的低温介质如 −78 °C 干冰丙酮浴、 −40 °C 干冰乙腈浴、各种温度的冰盐浴等。

最后再说液氮……液氮的工业获取方式相对很简单，只需要将空气压缩-节流膨胀几次即可降温得到液态空气，随后可以分离为氮和氧。对着空气做几次活塞运动就出来了，不用白不用嘛！（雾）

Answer 2

首先，我要给知乎日报的老兄点个赞，我看了也张知识了，回到正题，为什么要用液氦制冷呢，因为，液氦在常压下的沸点是，-269.8℃，4.2k 这个是接近绝对零度的数值，离宇宙最低温度只有几度，是否些超低温领域必须达到的温度，其他的物质，无法替代，这就是液氦的刚需所在，液氦的参数如下

化学式 He ；分子量 4.003；比重 0.14（空气=1）；气体密度 0.1786kg/m3（0°C、1atm）液态密度 0.1250kg/・（沸点）；沸点 4.3K（1atm）-268.8℃；熔点 1.0K（26atm）；蒸发热 5.50cal/g、20.4kJ/kg（沸点）；液态与气态的体积比 699。

液氦利用其－268.9℃的低沸点，液氦可以用于超低温冷却。在悬浮列车等领域中广受关注的超导体应用中，氦气是不可或缺的。此外，由于化学性质不活泼和轻于空气等特征，氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体，这一用途也是众所周知的。在海洋开发领域的呼吸用混合气体中，以及医疗领域的核磁共振成像设备的超导电磁体冷却的用途中，氦气都得到广泛的应用。 

2007年因为美国将氦气加入国家战略储备，其成本由60-70元/升，提高到200元/升，同时液氦的蒸发热比液氮低的多只有液氮的2%，所以液体汽化提供冷量的效率也很低，液氦多用于需要超导领域环境的高科技行业，应用在制冷行业，成本高昂，需谨慎使用。

液氦制冷成本高昂，我做了一个性价比比较计算，大家可以比较一下。

将液氮制冷和液氦制冷进行比较