kriogenika

kriogenika

[gr. krýos ‘mróz’, génos ‘pochodzenie’],

technika wytwarzania i utrzymywania bardzo niskich temperatur;

za umowną granicę temperatur kriogenicznych przyjmuje się temp. 120 K. Podstawowym sposobem uzyskiwania niskich temperatur jest skraplanie gazów (gł. azotu i helu) i następnie ich odparowanie pod normalnym lub obniżonym ciśnieniem. Skraplanie gazu odbywa się w 3 etapach: 1) sprężenie gazu w warunkach izotermicznych (czemu towarzyszy spadek entropii gazu), 2) oziębienie w rekuperacyjnym lub regeneracyjnym wymienniku ciepła, 3) rozprężenie w procesach: izentropowym, politropowym, wypływu swobodnego ze stałej objętości lub dławienia izentalpowego (Joule’a–Thomsona zjawisko). Wykorzystując przemianę fazową ciecz–para, można uzyskać temp. ok. 0,3 K, gł. doprowadzając do wrzenia ³He pod obniżonym ciśnieniem. Stosując procesy: rozcieńczania ³He w ⁴He, rozmagnesowania adiabatycznego soli paramagnet. (magnetokaloryczne zjawisko), adiabatycznego zestalania ³He, uzyskuje się temp. rzędu 1 mK. Najniższą dotychczas temperaturę (poniżej 1nK) otrzymano w kondensacie Bosego–Einsteina metodą chłodzenia atomów.

K. wykorzystuje się do ziębienia urządzeń nadprzewodzących (z reguły w temperaturze wrzenia helu, tj. 4,2 K w przypadku nadprzewodników niskotemperaturowych lub temperaturze wrzenia azotu, tj. 78 K w przypadku ceramicznych nadprzewodników wysokotemperaturowych), w badaniach nauk. do określania właściwości materiałów, do uzyskiwania wysokiej próżni; w tych zastosowaniach coraz większe znaczenie mają chłodziarki kriogeniczne pracujące w układach zamkniętych; w elektronice wykorzystuje się miniaturowe chłodziarki kriogeniczne do ziębienia m.in. detektorów podczerwieni, SQUID-ów (interferometr kwantowy nadprzewodnikowy), procesorów, nadprzewodnikowych filtrów wysokiej częst.; w kriogenicznych tunelach aerodynamicznych uzyskuje się rekordowo wysokie liczby Reynoldsa. Metody kriogeniczne są stosowane do: rozdziału powietrza na tlen, azot i argon; oczyszczania, skraplania, transportu i przechowywania metanu; odzyskiwania helu ze złóż gazu ziemnego; transportu i przechowywania wodoru; wytwarzania czystych gazów. W przemyśle metal. są wykorzystywane m.in. w obróbce podzerowej metali (wymrażanie) oraz przy wykonywaniu połączeń skurczowych. K. wykorzystuje się również w medycynie do niszczenia tkanek metodą zamrażania (kriochirurgia) oraz w leczeniu schorzeń reumatolog. przez owiewanie stawów parami azotu (krioterapia); w rolnictwie — do przechowywania nasienia bydlęcego; w przemyśle spoż. — do szybkiego zamrażania żywności; k. wykorzystuje się także w recyklingu gumy oraz tworzyw sztucznych.