你是怎么进入低温领域的？

我在英国萨里大学（University of Surrey，UK）的物理学位包括“三明治年”的实习，我申请的其中一个地方是欧洲核子研究院（CERN）。为了最大限度地提高我在那里找到工作的机会，我写下了我感兴趣的所有领域，包括低温学。我与欧洲核子研究中心低温组的采访进展不太顺利（我实际上忘记了“低温”这个词的含义），但不知怎么的，他们还是给了我这个位置，我很喜欢。我研究了大型强子对撞机磁铁，研究低电导率，碳纤维等高强度材料，并在低温下进行传热试验。到了年底，我上钩了。

你大学毕业后做了什么？

我在英国南安普顿大学（University of Southampton，UK）攻读博士学位，研究一种叫做脉管制冷机（pulse tube Reflector）的制冷机。大多数商用制冷机都是吉福德-麦克马洪型，使用活塞来膨胀和收缩气体；每次你膨胀气体时，它就会冷却，实际上，你可以在特定的区域“储存”冷却液，然后把它附在你想冷却的任何样品上。脉管的不同之处在于，它没有一个物理活塞在运动，只有一体积的气体，所以可以断裂的东西更少，振动也更少，因为没有机械物体在高速运动。脉管制冷机现在是一项成熟的技术——你可以买到现成的——但当时它们仍在开发中。

是什么推动了这种技术的采用？

冷却器最棒的一点是，你可以打开它们，然后离开它们。你不必不断地给它们补充液氦和液氮，只需按下一个按钮，只要它们有电和水，就可以持续工作数月，甚至数年。另一大驱动因素是氦气的成本。地质学家已经发现了更多的氦储量，但距离上线还有很长的路要走。这就是为什么每个人都在尽可能地转向无低温冷却。但液氦也有一些很大的优势。它有很多冷却能力，尽管价格一直在上涨，但生产成本仍然相对低廉。此外，你需要大量电力来运行制冷机。你也需要电来生产液氦，但一旦它变冷了，它就会变冷。

你现在在做什么？

我在工作ISIS公司这是STFC卢瑟福阿普尔顿实验室的英国中子和μ子源。我们的部门为前来进行实验的科学家和用户提供支持；我们提供非常冷、非常热或达到非常高压力的设备。我们设计和建造的一个系统是低温应力钻机——一种冷箱，你可以用它来冷却样品，对其施加机械应力，然后用中子对其成像。它最近被用于对高温超导带材进行应力测试，这意味着在冷却样品并施加拉伸载荷的同时，通过电流通过样品，所有这一切都在中子束线上进行。在这种情况下，没有什么是简单的，尤其是因为当你冷却物体时，它们会移动和收缩，材料的属性也会改变。例如，许多在室温下很好的材料在冷却后会变得很脆。

我们正在研究的另一个系统是低温样品转换器。大多数时候，如果你想从中子束中取出一个低温样品，你必须预热所有东西，放入新样品，然后再次冷却，这需要很长时间。我们在生产中有一个样品转换器，它将样品连接到一个小降落伞上，这样我们就可以用氦气吹出样品，用机器人手臂抓住它，更换它，放入新样品，让气体排出，使其顺着一根管子航行，温度传感器在底部进行电气连接。在这一点上，它会很快冷却，因为它是一个小物体，而且传热最小。它类似于某些类型的核磁共振机器中使用的样品转换器。但有许多不同的技术必须协同工作：一端是机器人，另一端是低温技术，还有气体和真空。通常情况下，低温学只是多学科系统的一部分。

除了液氦供应的不确定性外，还有哪些其他阻碍低温技术进步的因素？

在牛津郡，我们有很多低温公司，我们最大的问题是缺乏熟练劳动力。低温学是一个专业领域，直到最近你才真正能够在学校或技术学院学习它。我们已经帮助改变了这一状况，现在有一所大学技术学院将对学生进行低温和真空使用方面的培训。还有低温和真空技术的BTEC模块（即16岁的职业资格）。我们正在努力使其成为更广泛课程的一部分，因为低温和真空是许多工业和技术的基础。但即便如此，技术工人仍然短缺。低温技术非常依赖于焊接等技术技能，你必须能够按照特定的安全标准建造低温容器。

我要注意的另一个问题是，大多数低温公司都相对较小，虽然他们做得很好，但他们往往没有资源进行扩张。因此，如果有新的东西出现，他们中的大多数不会跳起来说“好吧，好吧，我们会这样做，我们会开发它”，因为这对他们来说风险太大。英国没有投资和基础设施来支持即将到来的一些大型低温工程。

这有什么帮助？

如果有资金可用于风险更大的项目，这将有所帮助。即使在学术研究中，资金也用于特定项目，你不能在该项目上失败，因此你必须谨慎行事。而在工业领域，他们无法进行基本开发，因为他们必须生产并销售一些东西——他们无法“游手好闲”，因为他们只能从交付的产品中获得报酬。我认为这可能是阻碍低温技术和超导技术发展的一个原因：工业无法进行发展，因为他们没有资金，而且通常学术界也无法进行发展。因为我们并不是真的在这里开发东西，但如果我们不这样做，工业也无法进行。在这种没有多余资金的经济环境下，这尤其困难。政府官员喜欢像在工业中一样，投入资金和获得一些东西，但当你开发技术时，这是相当困难的，因为你不一定能像预期的那样迅速取得成果。

英国低温学会（British Cryogenics Council）最近庆祝了其50岁生日。该领域自成立以来发生了怎样的变化？

50年前，低温工业还处于起步阶段。这并不是说这都是关于基础研究的，但超导还是相对较新的；使超导体实际工作的技术还处于早期阶段；低温学是以学术为基础的。我认为这是最大的变化。低温技术现在是一项使能技术，而不是一个研究领域。科学家们仍在使用低温技术，因为如果你放慢速度，你可以更容易地观察原子和分子，但它也已成为一种工业工具，用于工厂、核磁共振扫描仪和粒子加速器。

你认为未来10年低温学的主要趋势是什么？

在超导电性方面，特别是在高温超导体方面，还有很多工作要做。目前，许多高温超导材料很难使用，你无法像使用低温超导体那样将它们制成漂亮的磁带，因此需要进行更多的研究来帮助它们发挥潜力。低温学还有一些有趣的“绿色”应用，可能会变得更加重要。所谓的“氢经济”对低温工业具有巨大的潜力。如果你要用氢代替化石燃料来驱动汽车，你需要大量的氢，你需要将其作为高压气体或液体运输和储存在某处，要记住氢与许多金属发生反应，导致长期接触而脆化。还有一个问题是如何将氢气注入汽车。如果你有液氢加油站，你必须将液氢从地下储罐向上移动到车内，同时保持低温。所有这些都将涉及低温技术。

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