Криогеника

Не следует путать с крионикой — замораживанием людей и животных в надежде на последующее оживление.

Криоге́ника (от слов греч. κρύος «холод, мороз» + γένος «род, происхождение») — раздел физики низких температур, изучающий закономерности изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких («криогенных») температур. Кроме этого, этим термином обозначают технологии и аппаратно-методические средства работы в условиях низких температур. Также определяется как область науки, охватывающая исследование, развитие и применение криогенной техники.

В 1971 году Международный институт холода принял рекомендацию, согласно которой криогенными температурами следует называть температуры ниже 120 Кельвинов (температура конденсации природного газа) до температуры 0,7 K (температура получения жидкого гелия под вакуумом). Все температуры ниже 0,3 K — это область сверхнизких температур, для получения которых используются специальные методы охлаждения.

Хронология

• 1823 год — М. Фарадей добивается сжижения хлора, сероводорода, диоксида азота, циана;
• 1871 год — Л. Кайете и Р. Пикте добиваются сжижения кислорода;
• 1883 год — З. Врублевский и К. Ольшевский добиваются сжижения азота;
• 1884 год — К. Ольшевский добивается сжижения водорода;
• 1897 год — Д. Дьюар добивается сжижения фтора;
• 1908 год — Г. Камерлинг-Оннес добивается сжижения гелия.

Методы получения низких температур

Холодильные циклы

Обратный Цикл Карно

Основная статья: Парокомпрессионный холодильный цикл

Дроссельный цикл

Цикл построен на изоэнтальпийном охлаждении при прохождении через дроссель.

Источники холода в цикле

Дросселирование

Основная статья: Эффект Джоуля — Томсона

Дросселирование — понижение давления за счёт проталкивания вещества через узкое проходное сечение. Не является источником холода, а лишь реализует процесс снижения температуры. Источник холода — такое устройство, в котором происходит изменение энтальпии. Дросселирование же — это изоэнтальпийный процесс.

Детандирование

Основная статья: Детандер

Детандирование — адиабатное расширение потока вещества с получением внешней работы (происходит от фр.). Различаются детандеры: поршневые, турбо, роторные и др. типов. Детандер является одним из основных источников «холода» (наряду с компрессором в криогенном цикле). Адиабатный КПД поршневых детандеров может достигать 90 % и более, у турбодетандеров при высоких температурах указанный параметр не превышает 70 % (при снижении рабочего диапазона температур КПД снижается).

Адиабатическое размагничивание

Основная статья: Адиабатическое размагничивание

Адиабатическое размагничивание — метод получения температур ниже 0,7 K. Метод основан на эффекте выделения теплоты из парамагнитных солей при их намагничивании и последующем поглощении теплоты при их размагничивании.

Также существует ядерное адиабатическое размагничивание. В настоящий момент при помощи этого метода достигнута наиболее низкая температура.

См. также

• Криоагент
• Воздухоразделительные установки
• Рефрижератор растворения
• Видео на ТВ-канале «Наука 2.0» Большой скачок. Криогеника.

Рекомендуемая литература

• Выгодин В. Индустрия холода в XXI веке (рус.) // Империя Холода : журнал. — М., 2004. — № 11. Архивировано 4 марта 2016 года.
• Зайцев А. В.Криогеника в начале XXI века (рус)//журнал НИУ ИТМО.- СПб.,2014. — № 1
• Мендельсон К. Физика низких температур. — М.: ИЛ, 1963. — 277 с.
• Бродянский В. М. От твёрдой воды до жидкого гелия (история холода)