Kriogenika

Kriogenika jest dziedziną fizyki, która zajmuje się przede wszystkim tym, jak różne materiały reagują, gdy są chłodzone do bardzo niskich temperatur i jakie są ich reakcje na te niskie temperatury. W pewnym sensie kriogenika może być również rozumiana jako urządzenie techniczne, które pomaga utrzymywać niskie temperatury.

Zastosowanie kriogeniki jest bardzo szerokie, dlatego nic dziwnego, że możemy ją spotkać w wielu dziedzinach. Na przykład w dziedzinie badań nad nadprzewodnictwem wymagane są bardzo niskie temperatury, które osiąga się za pomocą skroplonych gazów, takich jak hel czy azot. Na przykład Wielki Zderzacz Hadronów w CERN wykorzystuje ciekły hel do chłodzenia. Oprócz tego ciekły hel znajduje zastosowanie również w kosmonautyce, gdzie oprócz użycia jako gaz techniczny do utrzymywania ciśnienia w zbiornikach stopni rakietowych, jest także stosowany do chłodzenia.

Sondy i satelity wystawione na bezpośrednie promieniowanie słoneczne są wyposażone w system chłodzenia helowego. System ten nie tylko pełni funkcję ochrony przed słońcem, ale jest również używany do chłodzenia urządzeń rejestrujących spektrum w podczerwieni. Innym przykładem jest Kosmiczne Obserwatorium Herschela. Inne zastosowania w kosmosie to kriogeniczne paliwa rakietowe. Należą do nich ciekły wodór i tlen. Tę kombinację stosują wahadłowiec Space Shuttle oraz rakieta Delta IV. W inżynierii stosuje się kriogeniczną obróbkę cieplną do modyfikacji struktury stali. Podczas tego procesu poprawia się struktura martenzytu i dochodzi do rozpadu resztkowego austenitu.

Jest kilka metod stosowanych do osiągania bardzo niskich temperatur. Na przykład przy chłodzeniu urządzeń lub głębokim zamrażaniu używane są skroplone gazy, takie jak hel i azot. Ponadto do skraplania gazów stosuje się wieloetapową kompresję i chłodzenie. Przykładem może być cykl Siemensa. W tym cyklu wykorzystuje się prawo Gay-Lussaca, zgodnie z którym sprężanie gazu powoduje wzrost jego temperatury termodynamicznej. Wytworzone ciepło jest odprowadzane za pomocą wymiennika ciepła. Gdy ciśnienie spada, temperatura również się obniża. Do nowoczesnych technik należy chłodzenie magnetyczne na zasadzie efektu magnetokalorycznego.