Kryogenik definieras som den vetenskapliga studien av material och deras beteende vid extremt låga temperaturer. Ordet kommer från grekiskan cryo, som betyder ”kall” och genisk, vilket betyder ”producerande”. Termen förekommer vanligtvis i fysik, materialvetenskap och medicin. forskare som studerar kryogenik kallas en kryogenist. Ett kryogent material kan kallas kryogen. Även om kalla temperaturer kan rapporteras med vilken temperaturskala som helst är Kelvin- och Rankine-skalorna vanligast eftersom de är absoluta skalor som har positiva tal.
Exakt hur kallt ett ämne måste vara för att vara anses vara ”kryogen” är en fråga som diskuteras av forskarvärlden. US National Institute of Standards and Technology (NIST) anser kryogen ics för att inkludera temperaturer under -180 °C (93,15 K; −292,00 °F), vilket är en temperatur över vilken vanliga köldmedier (t.ex. svavelväte, freon) är gaser och under vilken ”permanenta gaser” (t.ex. luft, kväve, syre, neon, väte, helium) är vätskor. Det finns också ett studieområde som kallas ”högtemperaturkryogenik”, som involverar temperaturer över kokpunkten för flytande kväve vid vanligt tryck (−195,79 °C (77,36 K; −320,42 °F), upp till −50 °C (223,15) K; −58,00 °F).
För att mäta temperaturen hos kryogener krävs speciella sensorer. Resistance temperature detectors (RTDs) används för att göra temperaturmätningar så låga som 30 K. Under 30 K används ofta kiseldioder. Kryogena partikeldetektorer är sensorer som arbetar några grader över absoluta nollpunkten och används för att detektera fotoner och elementarpartiklar.
Kryogena vätskor lagras vanligtvis i enheter som kallas Dewar-flaskor. Dessa är dubbelväggiga behållare som har ett vakuum mellan väggarna för isolering. Dewar-kolvar avsedda för användning med extremt kalla vätskor (t.ex. flytande helium) har en extra isoleringsbehållare fylld med flytande kväve. Dewar-kolvar är uppkallade efter deras uppfinnare, James Dewar. Kolvarna allo w gas för att komma ut ur behållaren för att förhindra tryckuppbyggnad från att koka som kan leda till en explosion.
Kryogena vätskor
Följande vätskor används oftast inom kryogenik:
Kokpunkt (K) Helium-3 3,19 4,214 27.09 77,36 78,8 Argon 90,18 111,7 Användning av kryogenik Det finns flera tillämpningar av kryogenik. Det används för att producera kryogena bränslen för raketer, inklusive flytande väte och flytande syre (LOX). De starka elektromagnetiska fält som behövs för kärnmagnetisk resonans (NMR) produceras vanligtvis genom underkylning av elektromagneter med kryogener. Magnetisk resonanstomografi (MRI) är en tillämpning av NMR som använder flytande helium. Infraröda kameror kräver ofta kryogen kylning. Kryogen frysning av mat används för att transportera eller lagra stora mängder mat. Flytande kväve används för att producera dimma för specialeffekter och även specialcocktails och mat. Frysning av material med hjälp av kryogener kan göra dem spröda nog att brytas i små bitar för återvinning. Kryogena temperaturer används för att lagra vävnads- och blodprover och för att bevara experimentella prover. Kryogen kylning av supraledare kan användas för att öka elkraftöverföringen för storstäder. Kryogen bearbetning används som en del av vissa legeringsbehandlingar och för att underlätta lågtemperaturkemiska reaktioner (t.ex. för att göra statinläkemedel). Kryomling används för att fräsa material som kan vara för mjuka eller elastiska för att kunna fräsas vid vanliga temperaturer. Kylning av molekyler (ned till hundratals nano-kelviner) kan användas för att bilda exotiska tillstånd av materia. Cold Atom Laboratory (CAL) är ett instrument designat för användning i mikrogravitation för att bilda Bose Einstein-kondensat (cirka 1 pico Kelvin-temperatur) och testa kvantmekanikens lagar och andra fysikprinciper. Kryogena discipliner Kryogenik är ett brett område som omfattar flera discipliner, inklusive: Cryonics – Cryonics är kryokonservering av djur och människor med målet att återuppliva dem i framtiden. Kryokirurgi – Detta är en gren av kirurgi där kryogena temperaturer används för att döda oönskade eller maligna vävnader, såsom cancerceller eller mullvadar. Cryoelectronic s – Detta är studiet av supraledning, hoppning med variabelt avstånd och andra elektroniska fenomen vid låg temperatur. Den praktiska tillämpningen av kryoelektronik kallas kryotronik . Kryobiologi – Detta är studien av effekterna av låga temperaturer på organismer, inklusive bevarandet av organismer, vävnader och genetiskt material med hjälp av kryokonservering . Medan kryogenik vanligtvis involverar temperatur under fryspunkten för flytande kväve men ändå över den för absoluta noll , har forskare uppnått temperaturer under absolut noll (så kallade negativa Kelvin-temperaturer). År 2013 kylde Ulrich Schneider vid universitetet i München (Tyskland) gasen under absolut noll, vilket enligt uppgift gjorde det varmare istället för kallare! Braun, S., Ronzheimer, JP, Schreiber, M., Hodgman, SS, Rom, T., Bloch, I., Schneider , U. (2013) ”Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom”. Science 339Helium-4 Hy drogen 20,27 Neon Kväve Luft Fluor 85,24 Syre Metan Cryogenics Fun Fact
, 52–55. Källor
Gantz , Carroll (2015). Kylning: En historia. Jefferson, North Carolina: McFarland & Company, Inc. sid. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
