Kriogenika je opredeljena kot izredno nizka znanstvena študija materialov in njihovega vedenja temperature. Beseda prihaja iz grščine krio, kar pomeni "hladno", in genski, kar pomeni "proizvajati". Izraz se običajno srečuje v kontekstu fizike, znanosti o materialih in medicine. Znanstvenik, ki preučuje kriogeniko, se imenuje a kriogene. Kriogeni material lahko imenujemo a kriogen. Čeprav lahko o hladnih temperaturah poročamo s katero koli temperaturno lestvico, Kelvini in Ranine lestvice so najpogostejše, ker jih so absolutne lestvice ki imajo pozitivne številke.
Točno, kako hladno snov je treba šteti za "kriogeno", je stvar razprave znanstvene skupnosti. Ameriški nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST) meni, da kriogeniki vključujejo temperature pod –180 ° C (93,15 K; –292,00 ° F), kar je temperatura, nad katero so običajna hladilna sredstva (npr. Vodikov sulfid, freon) plini in pod katerimi so "stalni plini" (npr. zrak, dušik, kisik, neon, vodik, helij) tekočine. Obstaja tudi področje preučevanja, imenovano "visokotemperaturna kriogenika", ki vključuje temperature nad vreliščem
tekočega dušika navadna pritisk (–195,79 ° C (77,36 K; –320,42 ° F), do –50 ° C (223,15 K; −58,00 ° F).Za merjenje temperature kriogenov so potrebni posebni senzorji. Detektorji upora (RTD) so uporabljeni za merjenje temperature do 30 K. Pod 30 K se pogosto uporabljajo silicijeve diode. Kriogeni detektorji delcev so senzorji, ki delujejo za nekaj stopinj nad absolutno ničlo in se uporabljajo za zaznavanje fotonov in elementarnih delcev.
Kriogene tekočine so običajno shranjene v napravah, imenovanih bučke Dewar. To so posode z dvojnimi stenami, ki imajo izolacijo med stenami za izolacijo. Bučke Dewar, namenjene za uporabo z izjemno hladnimi tekočinami (npr. Tekočim helijem), imajo dodatno izolacijsko posodo, napolnjeno s tekočim dušikom. Bučke Dewar so poimenovane po svojem izumitelju Jamesu Dewarju. Bučke omogočajo, da plin uhaja iz posode, da prepreči kopičenje tlaka zaradi vretja, kar bi lahko povzročilo eksplozijo.
Kriogene tekočine
V kriogeniki se najpogosteje uporabljajo naslednje tekočine:
| Tekočina | Vrelišče (K) |
| Helij-3 | 3.19 |
| Helij-4 | 4.214 |
| Vodik | 20.27 |
| Neon | 27.09 |
| Dušik | 77.36 |
| Zrak | 78.8 |
| Fluor | 85.24 |
| Argon | 87.24 |
| Kisik | 90.18 |
| Metan | 111.7 |
Uporaba kriogenike
Obstaja več aplikacij kriogenike. Uporablja se za proizvodnjo kriogenih goriv za rakete, vključno s tekočim vodikom in tekočim kisikom (LOX). Močna elektromagnetna polja, potrebna za jedrsko magnetno resonanco (NMR), se navadno proizvajajo s pregrevanjem elektromagnetov s kriogeni. Magnetnoresonančna slika (MRI) je uporaba NMR, ki uporablja tekoči helij. Infrardeči kamere pogosto zahtevajo kriogeno hlajenje. Kriogeno zamrzovanje hrane se uporablja za prevoz ali shranjevanje večjih količin hrane. Tekoči dušik se uporablja za ustvarjanje megle za posebne učinke in celo posebne koktajle in hrano. Zamrzovanje materialov z uporabo kriogenov lahko naredi dovolj krhke, da jih lahko razdelimo na majhne koščke za recikliranje. Kriogene temperature se uporabljajo za shranjevanje vzorcev tkiva in krvi in za ohranjanje eksperimentalnih vzorcev. Kriogeno hlajenje superprevodnikov se lahko uporablja za povečanje prenosa električne energije za velika mesta. Kriogena obdelava se uporablja kot del nekaterih obdelav z zlitinami in za olajšanje kemičnih reakcij pri nizkih temperaturah (npr. Za izdelavo statinskih zdravil). Krmiljenje se uporablja za rezkanje materialov, ki so lahko mehki ali elastični, da bi jih lahko brušili pri običajnih temperaturah. Hlajenje molekul (do na stotine nano Kelvinov) se lahko uporablja za oblikovanje eksotičnih stanj snovi. Laboratorij Cold Atom (CAL) je instrument, ki je zasnovan za mikrogravitacijo za oblikovanje Bose Einstein kondenzati (približno 1 pico Kelvin temperature) in testni zakoni kvantne mehanike in druge fizike načela.
Kriogene discipline
Kriogenika je široko področje, ki obsega več disciplin, vključno z:
Krioniki - Krionika je krio ohranjanje živali in ljudi s ciljem, da jih v prihodnosti oživimo.
Kriokirurgija - To je veja kirurgije, v kateri se kriogene temperature uporabljajo za ubijanje neželenih ali malignih tkiv, kot so rakave celice ali moli.
Krioelektronskis - To je študija superprevodnosti, skokov s spremenljivim razponom in drugih elektronskih pojavov pri nizki temperaturi. Pokliče se praktična uporaba krioelektronike kriotronika.
Kriobiologija - To je študija učinkov nizkih temperatur na organizme, vključno z ohranjanjem organizmov, tkiva in uporabe genskega materiala krio konzerviranje.
Cryogenics Fun Dejstvo
Medtem ko kriogenika ponavadi vključuje temperaturo pod lediščem tekočega dušika, ki je nad absolutno ničlo, raziskovalci so dosegli temperature pod absolutno ničlo (tako imenovani negativni Kelvin temperature). Leta 2013 je Ulrich Schneider z univerze v Münchnu (Nemčija) hladil plin pod absolutno ničlo, zaradi česar je namesto hladnejšega postalo bolj vroče!
Viri
- Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Negativna absolutna temperatura za gibljive stopnje svobode". Znanost339, 52–55.
- Gantz, Carroll (2015). Hlajenje: zgodovina. Jefferson, Severna Karolina: McFarland & Company, Inc. str. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
- Nash, J. M. (1991) "Vortex ekspanzijske naprave za visokotemperaturno kriogeniko". Proc. 26. Medsovjetske konference o energetski pretvorbi energije, Vol. 4, pp. 521–525.