Definícia a použitie kryogénnych látok

Kryogénnosť je definovaná ako vedecké štúdium materiálov a ich chovania na extrémne nízkej úrovni teploty. Slovo pochádza z gréčtiny kryo, čo znamená "studený" a génový, čo znamená „výroba“. Termín sa zvyčajne stretáva v kontexte fyziky, materiálovej vedy a medicíny. Vedci, ktorí študujú kryogeniku, sa nazývajú a cryogenicist. Kryogénny materiál sa môže nazývať a kryogénne. Napriek tomu, že nízke teploty je možné zaznamenať pomocou akejkoľvek teplotnej stupnice, Kelvin a Rankineho stupnice sú najbežnejšie, pretože sú sú absolútne stupnice ktoré majú kladné čísla.

Presne to, ako chladnú látku treba považovať za „kryogénnu“, je vecou vedeckej komunity. Americký národný inštitút pre normy a technológie (NIST) považuje kryogénne látky za teploty pod -180 ° C (93,15 K; -292,00 ° F), čo je teplota, nad ktorou sú bežné chladivá (napr. Sírovodík, freón) plyny a pod ktorými sú "permanentné plyny" (napr. vzduch, dusík, kyslík, neón, vodík, hélium) kvapaliny. Existuje aj študijný odbor nazývaný „vysokoteplotná kryogenika“, ktorý zahŕňa teploty nad bodom varu

Meranie teploty kryogénov si vyžaduje špeciálne snímače. Odporové teplotné detektory (RTD) sa používajú na meranie teploty až do 30 K. Pod 30 K sa často používajú kremíkové diódy. Kryogénne detektory častíc sú senzory, ktoré fungujú niekoľko stupňov nad absolútnou nulou a používajú sa na detekciu fotónov a elementárnych častíc.

Kryogénne kvapaliny sa zvyčajne skladujú v zariadeniach nazývaných Dewarove banky. Jedná sa o dvojstenné kontajnery, ktoré majú medzi stenami vákuum na izoláciu. Dewarove nádoby určené na použitie s mimoriadne studenými tekutinami (napr. Tekuté hélium) majú ďalšiu izolačnú nádobu naplnenú tekutým dusíkom. Dewarove fľaše sú pomenované podľa svojho vynálezcu Jamesa Dewara. Fľaše umožňujú plynu uniknúť z nádoby, aby sa zabránilo varu, ktorý by mohol viesť k výbuchu.

V kryogénnych látkach sa najčastejšie používajú tieto tekutiny:

Existuje niekoľko aplikácií kryogénnych látok. Používa sa na výrobu kryogénnych palív pre rakety vrátane tekutého vodíka a tekutého kyslíka (LOX). Silné elektromagnetické polia potrebné pre nukleárnu magnetickú rezonanciu (NMR) sa zvyčajne vyrábajú podchladením elektromagnetov kryogénmi. Magnetická rezonancia (MRI) je aplikácia NMR, ktorá používa tekuté hélium. infračervené kamery často vyžadujú kryogénne chladenie. Kryogénne zmrazenie potravín sa používa na prepravu alebo skladovanie veľkého množstva potravín. K výrobe hmly sa používa tekutý dusík pre špeciálne efekty a dokonca aj špeciálne koktaily a jedlo. Mraziace materiály, ktoré používajú kryogény, ich môžu dostatočne krehnúť, aby sa mohli recyklovať na malé kúsky. Kryogénne teploty sa používajú na uchovávanie vzoriek tkanív a krvi a na uchovávanie experimentálnych vzoriek. Kryogénne chladenie supravodičov môžu byť použité na zvýšenie prenosu elektrickej energie vo veľkých mestách. Kryogénne spracovanie sa používa ako súčasť niektorých zliatinových ošetrení a na uľahčenie nízkoteplotných chemických reakcií (napr. Na výrobu statínových liekov). Kryogénne frézovanie sa používa na mletie materiálov, ktoré môžu byť príliš mäkké alebo elastické na to, aby sa mohli frézovať pri bežných teplotách. Chladenie molekúl (až na stovky nano Kelvínov) sa môže použiť na vytvorenie exotických stavov hmoty. Laboratórium Cold Atom Laboratory (CAL) je prístroj určený na použitie v mikrogravitácii na tvorbu Bose Einsteina. kondenzáty (približne 1 piko Kelvinova teplota) a skúšobné zákony kvantovej mechaniky a inej fyziky princípy.

Cryogenics je široké pole, ktoré zahŕňa niekoľko disciplín, vrátane:

Cryonics - Kryonika je kryokonzervácia zvierat a ľudí s cieľom oživiť ich v budúcnosti.

Cryosurgery - Jedná sa o odvetvie chirurgie, pri ktorom sa kryogénne teploty používajú na usmrtenie nechcených alebo malígnych tkanív, ako sú rakovinové bunky alebo krtky.

Cryoelectronics - Toto je štúdia supravodivosti, skokov s premenlivým rozsahom a ďalších elektronických javov pri nízkej teplote. Nazýva sa praktická aplikácia kryoelektroniky Cryotronics.

kryobiologie - Toto je štúdia účinkov nízkych teplôt na organizmy vrátane ochrany organizmov, tkanív a použitia genetického materiálu kryokonzervácia.

Zatiaľ čo kryogénne látky obvykle zahrňujú teplotu pod bodom tuhnutia tekutého dusíka, ktorý je ešte nad teplotou mrazu absolútna nula, vedci dosiahli teploty pod absolútnou nulou (tzv. negatívny Kelvin) teploty). V roku 2013 Ulrich Schneider na univerzite v Mníchove (Nemecko) ochladil plyn pod absolútnou nulou, čo ho údajne zohrialo namiesto chladnejšieho!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) „Negatívna absolútna teplota pre pohybové stupne slobody“. veda339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Chladenie: História. Jefferson, Severná Karolína: McFarland & Company, Inc. p. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Vortex Expansion Devices for High Temperature Cryogenics". Proc. 26. konferencie o premene energie medzi strojmi, Zv. 4, str. 521–525.