Kriogenikos apibrėžimas ir panaudojimas

Kriogenika yra apibrėžiama kaip mokslinis medžiagų ir jų elgesio tyrimas ypač žemas temperatūros. Žodis kilęs iš graikų kalbos krio, o tai reiškia „šalta“, ir genijus, o tai reiškia „gaminti“. Šis terminas dažniausiai sutinkamas fizikos, medžiagų mokslo ir medicinos kontekste. Kriogeniką tyrinėjantis mokslininkas vadinamas a kriogenistas. Kriogeninė medžiaga gali būti vadinama a kriogenas. Nors šalta temperatūra gali būti pranešama naudojant bet kurią temperatūros skalę, Kelvinas ir Rankine skalės yra dažniausios, nes jos yra absoliučios skalės kurie turi teigiamus skaičius.

Tai, kiek šalta medžiaga turi būti laikoma „kriogenine“, yra kai kurių mokslininkų diskusijų dalykas. JAV nacionalinis standartų ir technologijos institutas (NIST) mano, kad kriogenika apima temperatūrą, žemesnę kaip –180 ° C (93,15 K; –292.00 ° F), tai yra temperatūra, kurią viršijus yra paprasti šaltnešiai (pvz., Vandenilio sulfidas, freonas). dujos ir žemiau kurių yra „nuolatinės dujos“ (pvz., oras, azotas, deguonis, neonas, vandenilis, helis) skysčiai. Taip pat yra tyrimų sritis, vadinama „aukštos temperatūros kriogenika“, apimanti temperatūrą virš virimo temperatūros

Matuojant kriogenų temperatūrą, reikia specialių jutiklių. Varžos temperatūros detektoriai (RTD) naudojami matuojant net 30 K temperatūrą. Mažiau nei 30 K, dažnai naudojami silicio diodai. Kriogeninių dalelių detektoriai yra jutikliai, veikiantys keliais laipsniais virš absoliutaus nulio ir yra naudojami fotonams ir elementariosioms dalelėms aptikti.

Kriogeniniai skysčiai paprastai laikomi prietaisuose, vadinamuose Dewar kolbomis. Tai yra dvigubos sienos talpyklos, kurių izoliacijai tarp sienų yra vakuumas. Dewar kolbos, skirtos naudoti su ypač šaltais skysčiais (pvz., Skystu heliu), turi papildomą izoliacinį indą, užpildytą skystu azotu. Devaro kolbos pavadintos jų išradėju Jamesu Dewaru. Kolbos leidžia dujoms išeiti iš talpyklos ir užkirsti kelią slėgio padidėjimui, kuris galėtų sukelti sprogimą.

Kriogenikoje dažniausiai naudojami šie skysčiai:

Yra keletas kriogenikos taikymo būdų. Jis naudojamas kriogeniniam raketų kurui gaminti, įskaitant skystą vandenilį ir skystą deguonį (LOX). Stiprūs elektromagnetiniai laukai, reikalingi branduoliniam magnetiniam rezonansui (BMR), paprastai sukuriami super aušinant elektromagnetus su kriogenais. Magnetinio rezonanso tomografija (MRT) - tai BMR taikymas naudoja skystą helį. Infraraudonųjų spindulių fotoaparatai dažnai reikalauja kriogeninio aušinimo. Kriogeninis maisto užšaldymas naudojamas dideliems maisto kiekiams gabenti ar laikyti. Rūkas susidaro iš skysto azoto specialiesiems efektams ir net specialius kokteilius ir maistą. Šaldant medžiagas, kuriose naudojami kriogenai, jos gali būti pakankamai trapios, kad būtų suskaidytos į mažus gabalėlius perdirbti. Kriogeninė temperatūra naudojama audinių ir kraujo mėginiams laikyti bei eksperimentiniams mėginiams išsaugoti. Kriogeninis aušinimas superlaidininkų gali būti naudojamas didinant didžiųjų miestų elektros energiją. Kriogeninis perdirbimas naudojamas kaip dalis apdorojimo lydinių ir siekiant palengvinti žemos temperatūros chemines reakcijas (pvz., Gaminti vaistus nuo statino). Cryomilling naudojamas malti medžiagas, kurios gali būti per minkštos arba elastingos, kad būtų maliamos įprastoje temperatūroje. Egzotiškoms materijos būsenoms formuoti gali būti naudojamos molekulių aušinimas (iki šimtų nanovakslinų). Šaltojo atomo laboratorija (CAL) yra priemonė, skirta naudoti mikrogravitacijos metu, kad suformuotų Bose Einstein kondensatai (maždaug 1 piko Kelvino temperatūra) ir kvantinės mechanikos bei kitos fizikos bandymų dėsniai principus.

Kriogenika yra plati sritis, apimanti keletą disciplinų, įskaitant:

Krionika - Krionika - tai gyvūnų ir žmonių, kuriems reikalingas šaltasis užkonservavimas, tikslas juos atgaivinti ateityje.

Kriochirurgija - Tai chirurgijos šaka, kurioje kriogeninė temperatūra naudojama norint sunaikinti nepageidaujamus ar piktybinius audinius, tokius kaip vėžio ląstelės ar apgamai.

Cryoelectronics - tai superlaidumo, kintamo diapazono šokinėjimo ir kitų elektroninių reiškinių žemoje temperatūroje tyrimas. Praktinis krioelektronikos pritaikymas vadinamas kriotronikai.

Kriobiologija - Tai žemos temperatūros poveikio organizmams tyrimas, įskaitant organizmų, audinių ir genetinės medžiagos išsaugojimą naudojant šaltasis konservavimas.

Kriogenika paprastai apima temperatūrą, žemesnę nei skysto azoto užšalimo temperatūra, tačiau aukštesnė nei absoliutus nulis, tyrinėtojai pasiekė temperatūrą, žemesnę nei absoliutus nulis (vadinamasis neigiamas kelvinas temperatūros). 2013 m. Ulrichas Schneideris Miuncheno universitete (Vokietija) atvėsino dujas žemiau absoliutaus nulio, todėl, kaip pranešama, jos tapo karštesnės, nei šaltesnės!

• Braunas, S., Ronzheimeris, Dž. P., Schreiberis, M., Hodgmanas, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013 m.) „Neigiama absoliuti temperatūra laisvės laipsniams“. Mokslas339, 52–55.
• „Gantz“, „Carroll“ (2015). Šaldymas: istorija. Jeffersonas, Šiaurės Karolina: „McFarland & Company, Inc.“ p. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nešas, Dž. M. (1991) "Sūkurio išplėtimo įtaisai, skirti aukštai temperatūros kriogenikai". Proc. iš 26-osios Intersociety energijos konversijos inžinerijos konferencijos, Tomas 4, p. 521–525.