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摘 要：日本国立研究开发法人物质与材料研究机构在超低温磁制冷技术研究中，发现了仅靠由永久磁铁引起的微小磁场变化就能获得强大冷却效果的现象，有望实现低成本小型液氢储运系统。
关键字：超低温磁制冷技术、永久磁铁、磁冷冻效果、磁场变化、液氢储运系统、钬
日本国立研究开发法人物质与材料研究机构NIMS在有望有效降低液氢运输损耗和储存损耗的超低温磁制冷技术研究中，发现了仅靠由永久磁铁引起的微小磁场变化就能获得强大的冷却效果的现象。利用金属钬的变磁性转移现象，成功使单位磁场变化量产生的磁热效应与现有方法相比增加了约一个数量级。该成果为利用永久磁铁实现高效率的超低温磁制冷提供了新的选项，有望应用于低成本的紧凑型氢气液化与储存系统。
对稀土金属钬施加弱磁场时的熵变化
为实现碳中和，需要开发一种以最大密度储存清洁能源氢的液氢保管与运输技术，其关键是能够使温度保持在-253℃（使氢气转化为液态的温度）超低温的冷却技术，但目前利用气体压缩与膨胀循环的冷却法在规模越小的情况下效率就越低。因此，效率高于气体压缩法的磁制冷技术备受期待。
磁制冷通常会应用一种被称为磁热效应的现象，该效应在磁性体的磁矩朝向从均匀的状态变成不规则的状态时熵增大并产生吸热。虽然该技术的理论冷却效率比气体压缩法高，但为了使磁矩的朝向整齐排列，需要超导磁铁产生的强磁场，因此设想将该技术应用于日产量超过100kg的大中型液化厂。另一方面，针对降低液氢运输用拖车等的氢蒸发损耗这样的小规模应用，正在大力推进使用永久磁铁的紧凑型磁制冷法的开发。
此次，NIMS着眼于通过微小的磁场变化使磁性体的磁矩朝向急剧变化的变磁性转移特征，在本研究中，通过使用在永久磁铁可能产生的弱磁场中引起变磁性转移的金属钬对熵变化进行了调查，结果发现，仅凭微小的磁场变化，就可以使单位磁场变化量引起的磁热效应比现有的磁冷冻材料增大约一个数量级。
另外，此次发现的相变发生在从氢气的沸点(-253℃)附近到高温一侧的广泛温度范围内。此前，一般都是选择专用于特定温度下发现磁热效应的磁制冷材料，但是利用这一现象，只需使用一种磁制冷材料就能在各种工作温度下获得高效的冷却效果。
通过将本研究成果应用于磁制冷技术，为实现低成本紧凑型液氢储存与运输系统提供了新选项，并推进相关研发，该系统有望在小规模液氢加氢站和运输车辆中发挥积极作用。
翻译：肖永红
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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