Definiție și utilizări criogenice

Criogenica este definită ca studiul științific al materialelor și comportamentul acestora la valori extrem de scăzute temperaturile. Cuvântul provine din greacă Cryo, ceea ce înseamnă "frig" și genic, ceea ce înseamnă „a produce”. Termenul este întâlnit, de obicei, în contextul fizicii, științei materialelor și medicinei. Un om de știință care studiază criogenia se numește a cryogenicist. Un material criogenic poate fi denumit a criogen. Deși temperaturile reci pot fi raportate folosind orice scară de temperatură, Kelvinul iar cântarul Rankine este cel mai frecvent deoarece acestea sunt cântare absolute care au numere pozitive.

Exact cât de rece trebuie să fie considerată „criogenă” o substanță este o problemă a unei dezbateri a comunității științifice. Institutul Național de Standarde și Tehnologie din SUA (NIST) consideră că criogenele includ temperaturi sub -180 ° C (93,15 K; −292,00 ° F), care este o temperatură peste temperatura frigorificelor obișnuite (de exemplu, hidrogen sulfurat, freon) gaze și sub care sunt "gaze permanente" (de exemplu, aer, azot, oxigen, neon, hidrogen, heliu) lichide. Există, de asemenea, un domeniu de studiu numit „criogenice la temperaturi ridicate”, care implică temperaturi peste punctul de fierbere

Măsurarea temperaturii criogenelor necesită senzori speciali. Detectoarele de temperatură de rezistență (RTD) sunt utilizate pentru a lua măsurători de temperatură la 30 K. Sub 30 K, se folosesc adesea diode de siliciu. Detectoarele de particule criogenice sunt senzori care funcționează în câteva grade peste zero absolut și sunt utilizate pentru a detecta fotoni și particule elementare.

Lichidele criogenice sunt de obicei stocate în dispozitivele numite baloane Dewar. Acestea sunt containere cu pereți dubli care au un vid între pereți pentru izolare. Flacoanele de canalizare destinate utilizării cu lichide extrem de reci (de exemplu, heliu lichid) au un recipient izolant suplimentar umplut cu azot lichid. Flacoanele de canalizare sunt numite pentru inventatorul lor, James Dewar. Flacoanele permit gazului să scape de recipient pentru a preveni fierberea presiunii care ar putea duce la o explozie.

Următoarele fluide sunt utilizate cel mai adesea în criogenie:

Există mai multe aplicații de criogenie. Este folosit pentru a produce combustibili criogenici pentru rachete, inclusiv hidrogen lichid și oxigen lichid (LOX). Câmpurile electromagnetice puternice necesare pentru rezonanța magnetică nucleară (RMN) sunt, de obicei, produse de electromagnetii supracoolingți cu criogeni. Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) este o aplicație a RMN care folosește heliu lichid. Infraroşu aparatele de fotografiat necesită frecvent răcire criogenică. Congelarea criogenă a alimentelor este utilizată pentru transportul sau depozitarea unor cantități mari de alimente. Azotul lichid este folosit pentru a produce ceață pentru efecte speciale și chiar cocktail-uri și mâncare de specialitate. Materialele de congelare care utilizează criogeni le pot face suficient de fragile pentru a fi rupte în bucăți mici pentru reciclare. Temperaturile criogenice sunt utilizate pentru depozitarea eșantioanelor de țesut și sânge și pentru păstrarea probelor experimentale. Răcire criogenică de superconductori poate fi utilizat pentru a crește transmisia de energie electrică pentru orașele mari. Prelucrarea criogenă este utilizată ca parte a unor tratamente din aliaj și pentru a facilita reacțiile chimice la temperaturi scăzute (de exemplu, pentru a face medicamente cu statină). Criomilarea se folosește la măcinarea materialelor care pot fi prea moi sau elastice pentru a fi măcinate la temperaturi obișnuite. Răcirea moleculelor (până la sute de nano Kelvins) poate fi utilizată pentru a forma stări exotice ale materiei. Laboratorul Atomului rece (CAL) este un instrument conceput pentru utilizare în microgravitate pentru a forma Bose Einstein condensează (în jur de 1 pic temperatura Kelvin) și testează legile mecanicii cuantice și alte fizici principii.

Criogenica este un domeniu larg care cuprinde mai multe discipline, printre care:

Criogenia - Cryonics este crioprezervarea animalelor și a oamenilor cu scopul de a le reînvia în viitor.

Criochirurgia - Aceasta este o ramură a intervenției chirurgicale în care temperaturile criogene sunt folosite pentru a ucide țesuturile nedorite sau maligne, cum ar fi celulele canceroase sau alunițele.

Cryoelectronics - Acesta este studiul superconductivității, a saltului cu variație variabilă și a altor fenomene electronice la temperatură scăzută. Se numește aplicația practică a crioelectronicii cryotronics.

criobiologie - Acesta este studiul efectelor temperaturilor scăzute asupra organismelor, inclusiv conservarea organismelor, a țesuturilor și a materialului genetic folosind crioconservare.

În timp ce criogenicele implică de obicei temperatura sub punctul de îngheț al azotului lichid, dar mai mare decât cea a zero absolut, cercetătorii au atins temperaturi sub zero absolut (așa-numitele Kelvin negative) Temperaturile). În 2013, Ulrich Schneider de la Universitatea din München (Germania) a răcit gaz sub zero absolut, ceea ce se presupune că a făcut mai cald în loc de a fi mai rece!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Temperatura absolută negativă pentru gradele motrice de libertate". Ştiinţă339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Refrigerare: o istorie. Jefferson, Carolina de Nord: McFarland & Company, Inc. p. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Dispozitive de extindere Vortex pentru criogenie la temperatură ridicată". Proc. a celei de-a 26-a Conferințe de inginerie a conversiilor energetice între intersecții, Vol. 4, pp. 521–525.