一、高真空絕熱儲罐：液氦儲存的 “低損耗核心”

1. 核心技術參數（必看指標）

• 日蒸發率：衡量絕熱性能的關鍵，定義為儲罐內液氦每日自然蒸發的體積占比。常規工業級儲罐≤1.5%/ 天，量子計算 / 超導實驗場景需選用≤0.5%/ 天的高絕熱型號。
• 真空度：儲罐夾層需維持10??~10??Pa 的超高真空，真空度下降會直接導致蒸發率飆升（如真空度降至 10?3Pa 時，蒸發率可能翻倍）。
• 有效容積：需匹配系統日耗氦量，通常按 “有效容積 = 3~5 倍日耗量” 選型（如日耗 5L 液氦，選 15~25L 儲罐），避免頻繁補充。

2. 實用選型要點

• 材質：內層優先選316L 不銹鋼（耐低溫、抗腐蝕），外層選碳鋼（成本低、易加工），避免選用鋁制（低溫下易脆裂）。
• 吸附劑：需內置活性炭或分子篩（低溫下吸附殘留氣體），且支持定期更換（通常 1~2 年更換一次），延長真空保持時間。

3. 維護重點

• 每季度用氦質譜檢漏儀檢測夾層密封性，重點排查法蘭接口（易因低溫形變導致泄漏）。
• 每年檢測真空度，若真空度高于 10??Pa，需重新抽真空并更換吸附劑，避免蒸發率失控。

二、極低溫換熱器：冷量傳遞的 “高效橋梁”

1. 核心技術參數

• 換熱效率：需≥95%（即液氦吸收的熱量中，95% 以上用于降低負載溫度，而非自身無效蒸發）。
• 溫度均勻性：負載表面各點溫差≤50mK（尤其量子芯片場景，溫差過大會導致量子退相干）。
• 工作壓力：需耐受 0.1~0.5MPa（液氦輸送壓力），且低溫下無泄漏。

2. 實用選型要點

• 結構選型：
  • 超導磁體 / 大型負載：選板式換熱器（換熱面積大、壓降小）；
  • 量子芯片 / 微型負載：選微通道換熱器（體積小、溫度均勻性優）。
• 材質：優先選無氧銅（OFHC） 或鈮鈦合金，前者導熱系數高（293K 時≥401W/(m?K)），后者耐低溫疲勞（-270℃下無脆裂風險）。

3. 維護重點

• 每次系統停機后，用干燥氮氣吹掃通道（避免殘留液氦汽化后凝結水分，堵塞微通道）。
• 每半年檢查換熱界面的接觸壓力（如螺栓緊固度），低溫下金屬收縮可能導致接觸間隙增大，降低換熱效率。

三、氦氣壓縮液化單元：閉環循環的 “動力核心”

1. 核心技術參數

• 液化效率：定義為 “液化的液氦量 / 回收的氣態氦量”，常規型號≥85%，高端型號可達 92% 以上（量子計算場景建議選≥90% 的型號）。
• 壓縮機排氣壓力：需穩定在 12~18MPa（壓力過低會導致液化困難，過高易引發安全風險）。
• 冷卻方式：工業級選 “水冷”（散熱穩定），實驗室小型系統選 “風冷”（安裝便捷）。

2. 實用選型要點

• 輔助制冷機匹配：
  • 若需液氦溫度降至 1.8K（而非標準 4.2K），需搭配吉福德 - 麥克馬洪（G-M）制冷機（可提供 10K 以下預冷）；
  • 常規 4.2K 場景，選脈沖管制冷機（無運動部件、噪音低）。
• 壓縮機排量：按 “排量 = 1.2~1.5 倍系統大氣態氦產生量” 選型，避免排量不足導致氣態氦積壓。

3. 維護重點

• 壓縮機潤滑油：每 2000 運行小時更換低溫專用潤滑油（普通潤滑油在 - 50℃以下會凝固）。
• 冷凝器清潔：每季度清理水冷冷凝器的水垢（或風冷冷凝器的灰塵），水垢會導致冷凝效率下降，液化率降低 10%~20%。

四、高精度控溫與監測系統：極低溫穩定的 “智能中樞”

1. 核心技術參數

• 溫度測量精度：傳感器精度需≤±5mK（如鉑電阻溫度計 PT1000，低溫下精度可達 ±2mK）。
• 控溫響應速度：負載溫度波動后，系統需在 100ms 內調整參數（避免波動擴散）。
• 數據采集頻率：≥1Hz（實時記錄溫度、壓力、液位數據，便于故障追溯）。

2. 實用選型要點

• 傳感器選型：
  • 4.2~300K 范圍：選鉑電阻溫度計（成本低、穩定性好）；
  • 1.8K 以下極低溫：選超導量子干涉器件（SQUID） （精度達 μK 級）。
• 控制系統：需支持 “手動 / 自動” 雙模式，自動模式下可預設溫度曲線（如實驗中需從 300K 降至 1.8K 的梯度降溫）。

3. 維護重點

• 傳感器校準：每季度用低溫標準源（如液氮 / 液氦恒溫槽）校準溫度傳感器，避免漂移導致控溫失準。
• 控制程序備份：每月備份自動控溫程序，防止程序丟失導致系統無法正常運行（尤其定制化控溫邏輯）。

五、輔助保障系統：避免 “小故障引發大停機”

1. 關鍵子系統與實用要求

2. 協同運行注意事項

• 純化系統需與壓縮單元聯動：當純化后氦氣純度＜99.99% 時，系統應自動切斷向壓縮單元的供氣（避免雜質磨損壓縮機氣缸）。
• 安全系統需獨立供電：即使主系統斷電，泄漏探測器、安全閥仍需正常工作（防止斷電后泄漏無法察覺）。

結語