Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
a kriogén hőmérsékleti tartományt -150 °C-tól (-238 °F) abszolút nulláig (-273 °C vagy -460 °F) határozták meg, az a hőmérséklet, amelyen a molekuláris mozgás elméletileg a lehető legközelebb áll a teljes megszűnéshez. A kriogén hőmérsékleteket általában az abszolút vagy Kelvin skála írja le, amelyben az abszolút nulla 0 K-ként van írva, fokjel nélkül. A Celsius-skáláról a Kelvin-skálára történő átváltást úgy lehet elvégezni, hogy 273-at adunk a Celsius-skálához.,
a kriogén hőmérséklet lényegesen alacsonyabb, mint a szokásos fizikai folyamatokban. Ilyen szélsőséges körülmények között az anyagok olyan tulajdonságai, mint az erő, a hővezető képesség, a hajlékonyság, valamint az elektromos ellenállás, mind elméleti, mind kereskedelmi szempontból megváltoznak. Mivel a hőt a molekulák véletlenszerű mozgása hozza létre, a kriogén hőmérsékleten lévő anyagok a lehető legközelebb állnak a statikus és erősen rendezett állapothoz.,
A Kriogenika 1877-ben kezdődött, abban az évben, amikor az oxigént először lehűtötték arra a pontra, ahol folyadék lett (-183 °C, 90 K). Azóta a kriogenika elméleti fejlődése a hűtőrendszerek képességének növekedésével függ össze. 1895-ben, amikor lett lehetséges, hogy elérje a hőmérséklet olyan alacsony, mint 40 K, levegő, cseppfolyósított, illetve külön a főbb részei; 1908-ban hélium volt, cseppfolyós (4.2 K). Három évvel később felfedezték sok túlhűtött fém hajlandóságát, hogy elveszítse a villamos energiával szembeni összes ellenállást—a szupravezető képességnek nevezett jelenséget., Az 1920-as és 1930-as évekre az abszolút nullához közeli hőmérsékleteket sikerült elérni, 1960-ra pedig 0,000001 K-os hőmérsékletet lehetett elérni, ami egy milliomod fok Kelvin abszolút nulla felett.
a 3 K alatti hőmérsékleteket elsősorban laboratóriumi munkára használják, különösen a hélium tulajdonságainak kutatására. A hélium 4,2 K-nál cseppfolyósodik, az úgynevezett hélium I. 2-nél.,19 K, azonban hirtelen válik hélium II, olyan alacsony viszkozitású folyadék, hogy szó szerint fel tud mászni az üveg oldalára, és túl kicsi mikroszkopikus lyukakon áramlik át, hogy lehetővé tegye a szokásos folyadékok, köztük a hélium I. (A hélium i és a hélium II természetesen kémiailag azonosak.) Ezt a tulajdonságot szuperfolyékonyságnak nevezik.
a kriogén gáz cseppfolyósítási technikáinak legfontosabb kereskedelmi alkalmazása a cseppfolyósított földgáz (LNG) tárolása és szállítása, amely nagyrészt metánból, etánból és más éghető gázokból áll., A földgáz 110 K-nál cseppfolyósított, így szobahőmérsékleten a térfogatának 1/600-A csökken, így kellően kompakt a speciálisan szigetelt tartálykocsikban történő gyors szállításhoz.
a nagyon alacsony hőmérsékleteket az élelmiszerek egyszerű és olcsó tartósítására is használják. A terméket zárt tartályba helyezzük, folyékony nitrogénnel permetezzük. A nitrogén azonnal elpárolog, elnyeli a termék hőtartalmát.
kriosurgiában alacsony hőmérsékletű szikét vagy szondát lehet használni az egészségtelen szövetek befagyasztására. A kapott halott sejteket ezután normál testi folyamatokkal távolítják el., Ennek a módszernek az az előnye, hogy a szövet fagyasztása a vágás helyett kevesebb vérzést okoz. A folyékony nitrogénnel lehűtött szikét használják a kriosurgiában; sikeresnek bizonyult a mandulák, aranyér, szemölcsök, szürkehályog és néhány daganat eltávolításában. Ezenkívül több ezer beteget kezeltek Parkinson-kór miatt az agy kis területeinek fagyasztásával, amelyekről úgy gondolják, hogy felelősek a problémáért.
a kriogenikumok alkalmazása kiterjed az űrjárművekre is. 1981-ben az USA-ban., a Columbia űrrepülőgépet folyékony hidrogén / folyékony oxigén hajtóanyagok segítségével indították el.
a szélsőséges hőmérsékletre hűtött anyagok különleges tulajdonságai közül a szupravezetés a legfontosabb. Fő alkalmazási területe a részecskegyorsítók szupravezető elektromágneseinek építése volt. Ezek a nagy kutatási létesítmények olyan erős mágneses mezőket igényelnek, hogy a hagyományos elektromágnesek megolvadhatnak a mezők előállításához szükséges áramokkal., A folyékony hélium körülbelül 4 K-ra hűti azt a kábelt, amelyen keresztül az áramok áramlanak, így sokkal erősebb áramok áramlanak anélkül, hogy ellenállással hőt termelnének.