Definicija i upotrebe kriogenetike

Kriogenika se definira kao znanstveno proučavanje materijala i njihovo vrlo nisko ponašanje temperature. Riječ dolazi od grčkog krio, što znači "hladno", i genskom, što znači "proizvoditi". Izraz se obično susreće u kontekstu fizike, znanosti o materijalima i medicine. Znanstvenici koji proučavaju kriogeniku nazivaju se a cryogenicist. Kriogeni materijal može se nazvati a cryogen. Iako se mogu prijaviti hladne temperature pomoću bilo koje temperaturne ljestvice, Kelvina a Rankine ljestvice su najčešće jer su apsolutne ljestvice koji imaju pozitivne brojeve.

Koliko se mora hladna tvar smatrati „kriogenom“, pitanje je neke rasprave znanstvene zajednice. Američki Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST) smatra da kriogenika uključuje temperature ispod –180 ° C (93,15 K; -292,00 ° F), što je temperatura iznad koje su uobičajena rashladna sredstva (npr. Sumporovodik, freon) plinovi i ispod kojih su "stalni plinovi" (npr. zrak, dušik, kisik, neon, vodik, helij) tekućine. Postoji i polje istraživanja pod nazivom "kriogenika visoke temperature", koje uključuje temperature iznad tačke ključanja

Za mjerenje temperature kriogena potrebni su posebni senzori. Detektori temperature otpora (RTD-ovi) koriste se za mjerenje temperature od samo 30 K. Ispod 30 K često se koriste silikonske diode. Kriogeni detektori čestica su senzori koji djeluju nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule i koriste se za otkrivanje fotona i elementarnih čestica.

Kriogene tekućine obično se čuvaju na uređajima koji se nazivaju tikvice Dewar. To su spremnici s dva zida koji imaju izolaciju između zidova radi izolacije. Bočice Dewar namijenjene za upotrebu s ekstremno hladnim tekućinama (npr. Tekućim helijem) imaju dodatni izolacijski spremnik napunjen tekućim dušikom. Tikvice Dewar imenovane su po svom izumitelju, Jamesu Dewaru. Tikvice omogućuju ispuštanje plina iz spremnika kako bi se spriječilo nakupljanje tlaka od vrenja što bi moglo dovesti do eksplozije.

Sljedeće tekućine se najčešće koriste u kriogenici:

Postoji nekoliko primjena kriogenike. Koristi se za proizvodnju kriogenih goriva za rakete, uključujući tekući vodik i tekući kisik (LOX). Snažna elektromagnetska polja potrebna za nuklearnu magnetsku rezonancu (NMR) obično se proizvode pregrijavanjem elektromagneta s kriogenima. Slika magnetske rezonance (MRI) primjena je NMR-a koji koristi tekući helij. Infracrveni kamere često zahtijevaju kriogeno hlađenje. Kriogeno zamrzavanje hrane koristi se za prijevoz ili skladištenje velike količine hrane. Tekući dušik koristi se za stvaranje magle za posebne efekte pa čak i specijalni kokteli i hrana. Zamrzavanje materijala pomoću kriogena može ih učiniti dovoljno krhkim da ih se može razbiti u male komade za recikliranje. Kriogene temperature koriste se za pohranu uzoraka tkiva i krvi i očuvanje eksperimentalnih uzoraka. Kriogeno hlađenje supravodiča može se koristiti za povećanje prijenosa električne energije u velikim gradovima. Kriogena obrada koristi se kao dio nekih tretmana legurom i olakšava kemijske reakcije na niskim temperaturama (npr. Za izradu statinskih lijekova). Kriomilling se koristi za mljevenje materijala koji mogu biti previše mekani ili elastični da bi ih mogli mljeti na uobičajenim temperaturama. Hlađenje molekula (do stotine nano Kelvina) može se koristiti za stvaranje egzotičnih stanja materije. Cold Atom Laboratory (CAL) instrument je dizajniran za upotrebu u mikrogravitaciji za stvaranje Bose Einsteina kondenzata (oko 1 pico Kelvin temperature) i ispitivanja zakona kvantne mehanike i ostale fizike principi.

Kriogenika je široko polje koje obuhvaća nekoliko disciplina, uključujući:

cryonics - Cryonics je krio očuvanje životinja i ljudi s ciljem da ih oživi u budućnosti.

Kriohirurgija - Ovo je grana kirurgije u kojoj se kriogene temperature koriste za ubijanje neželjenih ili malignih tkiva, poput stanica raka ili molova.

Cryoelectronics - Ovo je proučavanje supravodljivosti, skoka s promjenjivim rasponom i drugih elektroničkih pojava na niskim temperaturama. Zove se praktična primjena krioelektronike cryotronics.

Cryobiology - Ovo je istraživanje utjecaja niskih temperatura na organizme, uključujući očuvanje korištenja organizama, tkiva i genetskog materijala zamrzavanje.

Iako kriogenika obično uključuje temperaturu ispod točke smrzavanja tekućeg dušika, a ne više od apsolutna nula, istraživači su postigli temperature ispod apsolutne nule (tzv. negativni Kelvin) temperature). Ulrich Schneider je 2013. na Sveučilištu u Münchenu (Njemačka) ohladio plin ispod apsolutne nule, što ga je, navodno, učinilo toplijim, umjesto hladnijim!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Negativna apsolutna temperatura za pokretne stupnjeve slobode". Znanost339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Hlađenje: povijest. Jefferson, Sjeverna Karolina: McFarland & Company, Inc. str. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991.) „Vortex ekspanzijski uređaji za kriogeniku visokih temperatura“. Proc. 26. međunarodne Konferencije o inženjerskoj pretvorbi energije, Vol. 4, pp. 521–525.