工作原理：底部动画显示了在制冷机和氦气储存器之间添加可调节针阀如何防止安全阀被使用。 （由 S. Kelley/NIST 提供）
对一种流行类型的低温冷却器进行简单改造可以节省 3000 万美元的全球电力消耗，并提供足够的冷却水来填充 5000 个奥林匹克矿池。 这是美国国家标准与技术研究所 (NIST) 和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员的说法，他们在《自然通讯》中描述了他们的节能设计。
Ryan Snodgrass 和美国的同事设计了一种操作脉冲管制冷机 (PTR) 的新方法，该制冷机在冷却循环中压缩和膨胀氦气，类似于家用冰箱中使用的冷却循环。 PTR 于 20 世纪 80 年代开发，现在可以达到几开尔文的温度，低于氦变成流动性的温度 (4.2 K)。
虽然 PTR 非常可靠并广泛应用于研究和工业领域，但它们非常耗电。 当 Snodgrass 和团队研究为什么商用 PTR 消耗如此多的能量时，他们发现这些设备被设计为在约 4 K 的最终工作温度下保持高效。在更高的温度下，PTR 的效率要低得多 – 这是这是一个问题，因为冷却过程是在室温下开始的。
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除了使用大量电力来冷却之外，这种低效率意味着冷却物体可能需要很长时间。 例如，低温地下罕见事件观测站 (CUORE)——正在意大利一座山深处寻找无Neutrino双 β 衰变——通过 5 个 PTR 在 20 天的过程中将温度初步冷却至 4 K。 减少如此长的冷却时间将使修改或修复低温系统变得更容易且成本更低。
对 PTR 室温操作的仔细研究表明，氦气被压缩到非常高的压力。 这会导致安全阀打开，将一些氦气送回压缩机。 因此，用于冷却的氦气较少，从而降低了 PTR 的效率。
Snodgrass 和同事通过用可不断调节的定制针阀替换 PTR 中制造商提供的针阀解决了这个问题。 这些针阀控制制冷机及其氦气储存器之间的气体流动。 它们通常被设置为优化 PTR 在低温下的运行。
在 NIST 开发的新操作协议中，针阀在室温下打开。 这使得气体可以流入和流出储液器，从而调节冰箱中的压力。 随着温度下跌，阀门缓慢关闭，使系统在整个运行过程中保持理想压力。
研究小组发现，修改后可以将PTR的冷却速度提高1.7-3.5倍。 除了使冷却更快、更节能之外，新设计还可用于减少特定应用所需的 PTR 尺寸或数量。 这对于太空应用非常重要，PTR 已经用于冷却红外望远镜，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜上的 MIRI。
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