Криогенное определение и использование

Криогеника определяется как научное изучение материалов и их поведения при крайне низких температура. Слово происходит от греческого криогенный, что означает «холодный», и генный, что означает «производство». Термин обычно встречается в контексте физики, материаловедения и медицины. Ученый, который изучает криогенику, называется cryogenicist. Криогенный материал может быть назван охлаждающая смесь. Хотя о холодных температурах можно сообщать с использованием любой шкалы Кельвин и шкалы Ренкина являются наиболее распространенными, потому что они абсолютные шкалы которые имеют положительные числа.

То, насколько холодным должно быть вещество, чтобы считаться «криогенным», является предметом некоторых дискуссий в научном сообществе. Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) считает, что криогенные условия включают температуры ниже -180 ° C (93,15 K; -292,00 ° F), которая является температурой, выше которой обычные хладагенты (например, сероводород, фреон) газы и ниже которых "постоянные газы" (например, воздух, азот, кислород, неон, водород, гелий) жидкости. Существует также область исследований, называемая "высокотемпературная криогеника", которая включает температуру выше точки кипения

Измерение температуры криогенов требует специальных датчиков. Резистивные температурные датчики (RTD) используются для измерения температуры до 30 К. Ниже 30 К часто используются кремниевые диоды. Детекторы криогенных частиц - это датчики, работающие на несколько градусов выше абсолютного нуля и используются для обнаружения фотонов и элементарных частиц.

Криогенные жидкости обычно хранятся в устройствах, называемых колбами Дьюара. Это контейнеры с двойными стенками, которые имеют вакуум между стенами для изоляции. Сосуды Дьюара, предназначенные для использования с очень холодными жидкостями (например, жидким гелием), имеют дополнительный изолирующий контейнер, заполненный жидким азотом. Сосуды Дьюара названы в честь их изобретателя Джеймса Дьюара. Колбы позволяют газу выходить из контейнера, чтобы предотвратить кипение давления, которое может привести к взрыву.

Следующие жидкости чаще всего используются в криогенике:

Есть несколько приложений криогеники. Он используется для производства криогенного топлива для ракет, в том числе жидкого водорода и жидкого кислорода (LOX). Сильные электромагнитные поля, необходимые для ядерного магнитного резонанса (ЯМР), обычно создаются путем переохлаждения электромагнитов с криогенами. Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это применение ЯМР, которое использует жидкий гелий. инфракрасный Камеры часто требуют криогенного охлаждения. Криогенная заморозка пищевых продуктов используется для транспортировки или хранения больших количеств продуктов питания. Жидкий азот используется для производства тумана для спецэффектов и даже фирменные коктейли и еда. Замораживание материалов с использованием криогенов может сделать их достаточно хрупкими, чтобы их можно было разбить на мелкие кусочки для последующей переработки Криогенные температуры используются для хранения образцов ткани и крови и для сохранения экспериментальных образцов. Криогенное охлаждение сверхпроводников может быть использован для увеличения передачи электроэнергии в крупных городах. Криогенная обработка используется как часть обработки некоторых сплавов и для облегчения химических реакций при низких температурах (например, для изготовления статиновых препаратов). Криомоллинг используется для измельчения материалов, которые могут быть слишком мягкими или эластичными, чтобы их можно было измельчать при обычных температурах. Охлаждение молекул (вплоть до сотен нанокельвинов) может быть использовано для формирования экзотических состояний вещества. Лаборатория холодного атома (CAL) - это прибор, разработанный для использования в условиях микрогравитации с образованием Бозе Эйнштейна. конденсаты (около 1 пико Кельвина температура) и тестовые законы квантовой механики и другой физики принципы.

Криогеника - это обширная область, которая охватывает несколько дисциплин, в том числе:

крионика - Крионика - это криоконсервация животных и людей с целью их восстановления в будущем.

Криохирургия - Это раздел хирургии, в котором криогенные температуры используются для уничтожения нежелательных или злокачественных тканей, таких как раковые клетки или родинки.

Криоэлектронныеs - это исследование сверхпроводимости, скачкообразной перестройки и других электронных явлений при низкой температуре. Практическое применение криоэлектроники называется криотроника.

криобиология - Это исследование влияния низких температур на организмы, включая сохранение организмов, тканей и генетического материала с использованием криоконсервации.

В то время как криогеника обычно включает температуру ниже точки замерзания жидкого азота, но выше температуры абсолютный ноль, исследователи достигли температуры ниже абсолютного нуля (так называемый отрицательный Кельвин температура). В 2013 году Ульрих Шнайдер из Мюнхенского университета (Германия) охладил газ ниже абсолютного нуля, что, как сообщается, сделало его более холодным, чем холодным!

• Браун С., Ронгеймер Ю. П., Шрайбер М., Ходжман С. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) «Отрицательная абсолютная температура для двигательных степеней свободы». Наука339, 52–55.
• Ганц, Кэрролл (2015). Охлаждение: история. Джефферсон, Северная Каролина: McFarland & Company, Inc. п. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Нэш, Дж. М. (1991) "Вихревые расширительные устройства для высокотемпературной криогеники". Proc. 26-ой Межотраслевой конференции по преобразованию энергииВып. 4, с. 521–525.