Kriogén meghatározás és felhasználás

A kriogén anyagot az anyagok és viselkedésük rendkívül alacsony tudományos kutatásaként definiálják hőmérsékletek. A szó a görög nyelvből származik cryo, ami azt jelenti, hogy "hideg", és patogén, ami azt jelenti, hogy "termelő". A kifejezés általában a fizika, az anyagtudomány és az orvostudomány összefüggésében fordul elő. A kriogén kutatásokat végző tudósok a cryogenicist. A kriogén anyagot a kriogén. Bár a hideg hőmérsékletet bármilyen hőmérsékleti skálán be lehet jelenteni, a Kelvin és a Rankine skála a leggyakoribb, mert ők abszolút skálák amelyek pozitív számmal rendelkeznek.

A tudományos közösség némi vita tárgyát képezi, hogy egy anyagot milyen hidegen kell "kriogénnek" tekinteni. Az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézete (NIST) úgy véli, hogy a kriogenika magában foglalja –180 ° C (93,15 K; −292.00 ° F), amely olyan hőmérséklet, amely felett a hűtőközegek (például hidrogén-szulfid, freon) gázok, amelyek alatt "állandó gázok" (például levegő, nitrogén, oxigén, neon, hidrogén, hélium) vannak folyadékok. Van egy olyan kutatási terület, amelyet úgynevezett "magas hőmérsékletű kriogén", amely a forráspont feletti hőmérsékleteket foglalja magában

A kriogének hőmérsékletének méréséhez speciális érzékelők szükségesek. Az ellenálláshőmérséklet-érzékelőket (RTD-k) használják 30 K hőmérsékleti mérések elvégzésére. 30 K alatti szilícium-diódákat gyakran használnak. A kriogén részecskék érzékelői néhány fokon működnek az abszolút nulla felett és fotonok és elemi részecskék kimutatására használják.

A kriogén folyadékokat általában a Dewar-lombikoknak nevezett eszközökben tárolják. Kettős falú tartályok, amelyek vákuumban vannak a falak között a szigetelés érdekében. A rendkívül hideg folyadékokkal (például folyékony héliummal) való használatra szánt hársó lombikoknak van egy további szigetelő edényük, amely folyékony nitrogénnel van feltöltve. A Dewar-palackokat feltalálójuk, James Dewar nevezték el. A lombikok lehetővé teszik a gáz eljutását a tartályból, hogy megakadályozzák a nyomás felmelegedését, amely robbanást okozhat.

A kriogenikában a következő folyadékokat használják leggyakrabban:

A kriogenika számos alkalmazásának van lehetősége. A rakéták kriogén üzemanyagainak előállításához használják, beleértve a folyékony hidrogént és a folyékony oxigént (LOX). A nukleáris mágneses rezonanciahoz szükséges erős elektromágneses tereket (NMR) általában kriogénekkel történő túlhűtéses elektromágnesek képezik. A mágneses rezonancia képalkotás (MRI) az NMR alkalmazása folyékony héliumot használ. Infravörös a kamerák gyakran kriogén hűtést igényelnek. Az élelmiszerek kriogén fagyasztását nagy mennyiségű élelmiszer szállítására vagy tárolására használják. A folyékony nitrogént köd képzésére használják speciális effektusokhoz sőt speciális koktélok és ételek. Az anyagok kriogén felhasználásával történő fagyasztása eléggé törékenyé teszi őket, hogy apró darabokra bonthatók legyenek újrahasznosítás céljából. A kriogén hőmérsékletet a szöveti és vérminták tárolására és a kísérleti minták megőrzésére használják. Kriogén hűtés szupravezetők felhasználható a nagyvárosok villamosenergia-átvitelének növelésére. A kriogén feldolgozást néhány ötvözött kezelés részeként és az alacsony hőmérsékleten történő kémiai reakciók megkönnyítésére használják (például sztatin gyógyszerek előállítására). A kriopréselést olyan anyagok őrlésére használják, amelyek túl lágyak vagy rugalmasak lehetnek a szokásos hőmérsékleten történő maráshoz. A molekulák hűtése (nano-kelvin több százra való csökkentése) felhasználható az egzotikus anyagállapotok kialakításához. A Cold Atom Laboratory (CAL) egy olyan eszköz, amelyet mikrogravitációban használnak, hogy Bose Einsteint képezzék kondenzátumok (körülbelül 1 pico kelvin hőmérséklet) és a kvantummechanika és más fizika vizsgálati törvényei elveket.

A kriogenika egy széles terület, amely számos tudományterületet magában foglal, többek között:

krionikai - A krónika az állatok és emberek hidegkonzervációja azzal a céllal, hogy a jövőben megújítsák őket.

cryosurgery - Ez a műtét egy ága, amelyben kriogén hőmérsékletet használnak nemkívánatos vagy rosszindulatú szövetek, például rákos sejtek vagy vakondok elpusztítására.

Cryoelectronics - Ez a szupravezetõképesség, a változó tartományú ugrás és más elektronikus jelenségek vizsgálata alacsony hõmérsékleten. A krioelektronika gyakorlati alkalmazását nevezik cryotronics.

kriobiológia - Ez az alacsony hőmérsékletnek az organizmusokra gyakorolt ​​hatásainak tanulmányozása, ideértve az organizmusok, szövetek és genetikai anyag megőrzését a felhasználásával krioprezerválás.

Míg a kriogenika általában a folyékony nitrogén fagypontjának alatti hőmérsékletet, még a hőmérsékletet meghaladja abszolút nulla, a kutatók abszolút nulla alatti hőmérsékletet értek el (úgynevezett negatív Kelvin hőmérséklet). 2013-ban Ulrich Schneider a müncheni egyetemen (Németország) abszolút nulla alatti hőmérsékletet hűtött le, ami állítólag melegebbé tette a hidegebb helyett!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "A negatív abszolút hőmérséklet a szabadság motivációs fokaihoz". Tudomány339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Hűtés: A történelem. Jefferson, Észak-Karolina: McFarland & Company, Inc. o. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Vortex-bővítő készülékek magas hőmérsékletű kriogenikához". Proc. a 26. Intersociety energiakonverziós mérnöki konferencia, Vol. 4. o. 521–525.