Определение и употреба на криогениката

Криогениката се определя като научно изследване на материалите и тяхното поведение при изключително ниско ниво температури. Думата идва от гръцкото крио, което означава "студено", и Генно, което означава "производство". Терминът обикновено се среща в контекста на физиката, материалознанието и медицината. Учен, който изучава криогеника, се нарича a cryogenicist. Криогенният материал може да бъде наречен a криогенен. Въпреки че може да се докладва за студени температури, като се използва всякаква температурна скала, келвинът и Ранкиновите везни са най-често срещани, защото те са абсолютни везни които имат положителни числа.

Колко точно студено дадено вещество трябва да се счита за „криогенно“, е въпрос на известен дебат от научната общност. Националният институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST) счита, че криогенетиката включва температури под -180 ° C (93.15 K; −292.00 ° F), което е температура, над която обикновените хладилни агенти (например сероводород, фреон) са газове и под които са "постоянни газове" (например въздух, азот, кислород, неон, водород, хелий) течности. Съществува и поле за изследване, наречено „високотемпературна криогеника“, което включва температури над точката на кипене

Измерването на температурата на криогените изисква специални сензори. Детекторите за устойчивост на температура (RTDs) се използват за измерване на температура до 30 K. Под 30 К често се използват силициеви диоди. Криогенните детектори за частици са сензори, които работят на няколко градуса над абсолютната нула и се използват за откриване на фотони и елементарни частици.

Криогенните течности обикновено се съхраняват в устройства, наречени колби Dewar. Това са контейнери с две стени, които имат вакуум между стените за изолация. Колби Деуар, предназначени за употреба с изключително студени течности (например течен хелий), имат допълнителен изолационен контейнер, напълнен с течен азот. Колбите Деуар са кръстени на техния изобретател Джеймс Девар. Колбите позволяват на газ да излезе от контейнера, за да се предотврати натрупването на налягане от кипене, което може да доведе до експлозия.

Следните течности се използват най-често в криогениката:

Има няколко приложения на криогениката. Използва се за производство на криогенни горива за ракети, включително течен водород и течен кислород (LOX). Силните електромагнитни полета, необходими за ядрено-магнитен резонанс (NMR), обикновено се произвеждат от преохлаждащи електромагнити с криогени. Магнитният резонанс (ЯМР) е приложение на ЯМР, което използва течен хелий. Инфрачервен камерите често изискват криогенно охлаждане. Криогенното замразяване на храната се използва за транспортиране или съхраняване на големи количества храна. Течният азот се използва за производството на мъгла за специални ефекти и дори специализирани коктейли и храна. Замразяването на материали с помощта на криогени може да ги направи достатъчно крехки, за да бъдат разбити на малки парчета за рециклиране. Криогенните температури се използват за съхранение на тъканни и кръвни проби и за запазване на експериментални проби. Криогенно охлаждане на свръхпроводници може да се използва за увеличаване на предаването на електроенергия за големите градове. Криогенната обработка се използва като част от някои лечения със сплав и за улесняване на химически реакции при ниски температури (например, за получаване на лекарства със статини). Криомилирането се използва за фрезоване на материали, които могат да бъдат прекалено меки или еластични, за да се смилат при обикновени температури. Охлаждането на молекулите (до стотици нано келвини) може да се използва за образуване на екзотични състояния на материята. Cold Atom Laboratory (CAL) е инструмент, предназначен за използване в микрогравитацията за образуване на Bose Ainstein кондензати (около 1 pico Kelvin температура) и тестови закони на квантовата механика и друга физика принципи.

Криогениката е широко поле, което обхваща няколко дисциплини, включително:

Крионика - Криониката е криосъхранението на животни и хора с цел да ги съживи в бъдеще.

Cryosurgery - Това е клон на хирургията, при който криогенните температури се използват за убиване на нежелани или злокачествени тъкани, като ракови клетки или бенки.

Cryoelectronics - Това е изследване на свръхпроводимост, скачане с променлив обхват и други електронни явления при ниска температура. Нарича се практическото приложение на криоелектрониката cryotronics.

криобиология - Това е изследването на ефектите на ниските температури върху организмите, включително запазването на организмите, тъканите и генетичния материал криоконсервация.

Докато криогенезата обикновено включва температура под точката на замръзване на течния азот, но над тази на абсолютна нула, изследователите са постигнали температури под абсолютната нула (така наречения отрицателен Келвин температури). През 2013 г. Улрих Шнайдер от университета в Мюнхен (Германия) охлажда газ под абсолютна нула, което според съобщенията го прави по-горещо, вместо по-студено!

• Браун, С., Ронцхаймер, Дж. П., Шрайбер, М., Ходжман, С. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) „Отрицателна абсолютна температура за подвижни степени на свобода“. наука339, 52–55.
• Ганц, Карол (2015). Хладилна техника: История. Джеферсън, Северна Каролина: McFarland & Company, Inc. стр. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Наш, Дж. М. (1991) "Вихрови разширителни устройства за високотемпературна криогеника". Proc. на 26-ата Междусъобществена инженерна конференция за преобразуване на енергия, Том. 4, вр. 521–525.