Cryogenics definisjon og bruksområder

Kryogenikk er definert som den vitenskapelige studien av materialer og deres atferd på ekstremt lav temperaturer. Ordet kommer fra det greske cryo, som betyr "kald", og lende, som betyr "produsere". Begrepet blir vanligvis påtruffet i sammenheng med fysikk, materialvitenskap og medisin. En forskere som studerer kryogenikk kalles a cryogenicist. Et kryogent materiale kan betegnes som a cryogen. Selv om kalde temperaturer kan rapporteres ved bruk av en hvilken som helst temperaturskala, Kelvin og Rankine skalaer er vanligst fordi de er absolutte skalaer som har positive tall.

Hvor kaldt et stoff må være for å bli betraktet som "kryogent" er et spørsmål om en viss debatt av det vitenskapelige samfunnet. U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST) vurderer kryogenikk å inkludere temperaturer under -180 ° C (93,15 K; −292,00 ° F), som er en temperatur over som vanlige kjølemedier (f.eks. Hydrogensulfid, freon) er gasser og under hvilke "permanente gasser" (f.eks. luft, nitrogen, oksygen, neon, hydrogen, helium) er væsker. Det finnes også et studieretning som kalles "høye temperatur kryogener", som involverer temperaturer over kokepunktet

Måling av temperaturen på kryogener krever spesielle sensorer. Motstandstemperaturdetektorer (RTD) brukes til å ta temperaturmålinger helt ned til 30 K. Under 30 K brukes ofte silisiumdioder. Kryogene partikkeldetektorer er sensorer som fungerer noen få grader over absolutt null og brukes til å detektere fotoner og elementære partikler.

Kryogene væsker lagres vanligvis i enheter som kalles Dewar-kolber. Dette er dobbeltveggede containere som har et vakuum mellom veggene for isolering. Dewar-kolber beregnet for bruk med ekstremt kalde væsker (f.eks. Flytende helium) har en ekstra isoleringsbeholder fylt med flytende nitrogen. Dewar-kolber er oppkalt etter sin oppfinner, James Dewar. Kolbene tillater gass å slippe ut av beholderen for å forhindre at opphopning av trykk koker som kan føre til en eksplosjon.

Følgende væsker brukes oftest i kryogeni:

Det er flere anvendelser av kryogeniske stoffer. Det brukes til å produsere kryogene brensler til raketter, inkludert flytende hydrogen og flytende oksygen (LOX). De sterke elektromagnetiske feltene som trengs for kjernemagnetisk resonans (NMR) produseres vanligvis av superkjølende elektromagneter med kryogener. Magnetic resonance imaging (MRI) er en anvendelse av NMR som bruker flytende helium. infrarød kameraer krever ofte kryogen kjøling. Kryogen frysing av mat brukes til å transportere eller lagre store mengder mat. Flytende nitrogen brukes til å produsere tåke for spesialeffekter og til og med spesialcocktails og mat. Frysematerialer som bruker kryogener kan gjøre dem sprø nok til å bli brutt i små biter for gjenvinning. Kryogene temperaturer brukes til å lagre vev og blodprøver og for å bevare eksperimentelle prøver. Kryogen kjøling av superledere kan brukes til å øke kraftoverføring til storbyer. Kryogen prosessering brukes som en del av noen legeringsbehandlinger og for å lette kjemiske reaksjoner ved lav temperatur (f.eks. For å lage statinmedisiner). Cryomilling brukes til å frese materialer som kan være for myke eller elastiske til å bli malt ved vanlige temperaturer. Avkjøling av molekyler (ned til hundrevis av nano Kelvin) kan brukes til å danne eksotiske tilstander. Cold Atom Laboratory (CAL) er et instrument designet for bruk i mikrogravitet for å danne Bose Einstein kondensater (rundt 1 pico Kelvin-temperatur) og testlover for kvantemekanikk og annen fysikk prinsipper.

Cryogenics er et bredt felt som omfatter flere fagområder, inkludert:

Cryonics - Cryonics er kryokonservering av dyr og mennesker med mål om å gjenopplive dem i fremtiden.

cryosurgery - Dette er en gren av kirurgi der kryogene temperaturer brukes til å drepe uønskede eller ondartede vev, for eksempel kreftceller eller føflekker.

Cryoelectronics - Dette er studien av superledelse, hopping med variabelt område og andre elektroniske fenomener ved lav temperatur. Den praktiske anvendelsen av kryo-elektronikk kalles cryotronics.

Cryobiology - Dette er studien av effektene av lave temperaturer på organismer, inkludert bevaring av organismer, vev og genetisk materiale ved bruk av nedfrysing.

Mens kryogenics vanligvis involverer temperatur under frysepunktet for flytende nitrogen, men over temperaturen i absolutt null, har forskere oppnådd temperaturer under absolutt null (såkalt negativ Kelvin temperaturer). I 2013 avkjølte Ulrich Schneider ved Universitetet i München (Tyskland) bensin under absolutt null, noe som angivelig gjorde det varmere i stedet for kaldere!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Negativ absolutt temperatur for bevegelige grader av frihet". Vitenskap339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Refrigeration: A History. Jefferson, North Carolina: McFarland & Company, Inc. s. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Vortex Expansion Devices for High Temperature Cryogenics". Proc. på den 26. konferansen for intersocityenergikonverteringsteknikk, Vol. 4, pp. 521–525.