Definice a použití kryogeniky

Kryogenika je definována jako vědecké studium materiálů a jejich chování při extrémně nízkých hodnotách teploty. Slovo pochází z řečtiny kryo, což znamená "studený" a geniální, což znamená „produkce“. Termín se obvykle setkává v kontextu fyziky, vědy o materiálech a medicíny. Vědci, kteří studují kryogeniku, se nazývají a kryogenicista. Kryogenní materiál může být nazýván a kryogen. Ačkoli nízké teploty mohou být hlášeny pomocí jakékoli teplotní stupnice, Kelvin a Rankine stupnice jsou nejčastější, protože jsou absolutní stupnice které mají kladná čísla.

Přesně to, jak chladnou látku je třeba považovat za „kryogenickou“, je věcí nějaké debaty vědecké komunity. Americký národní institut pro standardy a technologie (NIST) považuje kryogeniku za teploty nižší než -180 ° C (93,15 K; - 292,00 ° F), což je teplota, nad kterou jsou běžná chladiva (např. Sirovodík, freon) plyny a pod nimiž jsou "stálé plyny" (např. vzduch, dusík, kyslík, neon, vodík, helium) kapaliny. Existuje také obor nazvaný „vysokoteplotní kryogenika“, který zahrnuje teploty nad bodem varu

Měření teploty kryogenů vyžaduje speciální senzory. Odporové teplotní detektory (RTD) se používají k měření teploty až do 30 K. Pod 30 K se často používají křemíkové diody. Kryogenní detektory částic jsou senzory, které pracují několik stupňů nad absolutní nulu a používají se k detekci fotonů a elementárních částic.

Kryogenní kapaliny se obvykle skladují v zařízeních zvaných Dewarovy baňky. Jedná se o dvouplášťové kontejnery, které mají mezi stěnami vakuum pro izolaci. Dewarové baňky určené pro použití s ​​extrémně studenými tekutinami (např. Kapalné helium) mají další izolační nádobu naplněnou tekutým dusíkem. Dewarovy baňky jsou pojmenovány pro svého vynálezce Jamese Deware. Baňky umožňují plynu uniknout z nádoby, aby se zabránilo vaření tlaku, které by mohlo vést k explozi.

V kryogenice se nejčastěji používají následující tekutiny:

Existuje několik aplikací kryogeniky. Používá se k výrobě kryogenních paliv pro rakety, včetně kapalného vodíku a kapalného kyslíku (LOX). Silná elektromagnetická pole potřebná pro jadernou magnetickou rezonanci (NMR) se obvykle vyrábějí podchlazováním elektromagnetů kryogeny. Magnetická rezonance (MRI) je aplikace NMR, která používá kapalné helium. Infračervený kamery často vyžadují kryogenní chlazení. Kryogenní zmrazování potravin se používá k přepravě nebo skladování velkého množství potravin. K výrobě mlhy se používá tekutý dusík pro speciální efekty a dokonce i speciální koktejly a jídlo. Zmrazovací materiály používající kryogeny mohou způsobit, že jsou dostatečně křehké, aby mohly být recyklovány na malé kousky. Kryogenní teploty se používají k uchovávání vzorků tkáně a krve ak uchovávání experimentálních vzorků. Kryogenní chlazení supravodičů může být použit ke zvýšení přenosu elektrické energie pro velká města. Kryogenní zpracování se používá jako součást některých ošetření slitinami a pro usnadnění chemických reakcí při nízkých teplotách (např. Při výrobě statinových léčiv). Kryomilling se používá k mletí materiálů, které mohou být příliš měkké nebo elastické, než aby se mohly frézovat při běžných teplotách. Chlazení molekul (až na stovky nano Kelvinů) může být použito k vytvoření exotických stavů hmoty. Cold Atom Laboratory (CAL) je nástroj určený pro použití v mikrogravitaci za vzniku Bose Einsteina kondenzuje (kolem 1 pico Kelvinovy ​​teploty) a testuje zákony kvantové mechaniky a jiné fyziky zásady.

Cryogenics je široké pole, které zahrnuje několik disciplín, včetně:

Cryonics - Kryonika je kryokonzervace zvířat a lidí s cílem oživit je v budoucnosti.

Kryochirurgie - Jedná se o obor chirurgie, při kterém se kryogenní teploty používají k usmrcování nežádoucích nebo maligních tkání, jako jsou rakovinné buňky nebo krtky.

Cryoelectronics - Toto je studium supravodivosti, skoků s proměnným rozsahem a dalších elektronických jevů při nízké teplotě. Praktická aplikace kryoelektroniky se nazývá kryotronika.

Kryobiologie - Toto je studie účinků nízkých teplot na organismy, včetně zachování organismů, tkání a používání genetického materiálu kryokonzervace.

Zatímco kryogenika obvykle zahrnuje teplotu pod bodem tuhnutí kapalného dusíku, ale nad teplotou absolutní nula, vědci dosáhli teplot pod absolutní nulou (tzv. negativní Kelvin) teploty). V roce 2013 Ulrich Schneider na mnichovské univerzitě (Německo) ochladil plyn pod absolutní nulou, což ho údajně vedlo k tomu, že je místo toho chladnější!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) „Negativní absolutní teplota pro pohybové stupně svobody“. Věda339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Chlazení: Historie. Jefferson, Severní Karolína: McFarland & Company, Inc. str. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Vortex Expansion Devices for High Temperature Cryogenics". Proc. 26. konference strojírenské přeměny energie mezi stranami, Sv. 4, str. 521–525.