Kriogenika

A kriogenika az a fizikai terület, amely elsősorban azzal foglalkozik, hogy a különböző anyagokra hogyan hat, amikor nagyon alacsony hőmérsékletekre hűlnek, és milyen reakcióik vannak ezekre az alacsony hőmérsékletekre. Bizonyos értelemben a kriogenika olyan technikai eszköz is lehet, amely segít fenntartani az alacsony hőmérsékleteket.

A kriogenika felhasználása nagyon széleskörű, így nem csoda, hogy több területen is találkozhatunk vele. Például a szupravezetés kutatásában nagyon alacsony hőmérsékletek szükségesek, és ezeket a cseppfolyósított gázok, mint a hélium vagy a nitrogén segítségével érik el. Például a Large Hadron Collider a CERN-ben folyékony héliumot használ hűtésre. Ezenkívül a folyékony hélium az űrkutatásban is hasznos, ahol a rakétalépcsők tartályainak nyomásának fenntartására műszaki gázként, valamint hűtési célokra használják.

A közvetlen napsugárzásnak kitett szondákat és műholdakat hélium hűtőrendszerrel szerelik fel. Ez a rendszer nemcsak a nap elleni védelmet szolgálja, hanem az infravörös spektrumot érzékelő műszerek hűtésére is használják. További példa a Herschel-űrobszervatórium. További űrbéli alkalmazások a kriogén hajtóanyagok. Ezek közé tartozik a folyékony hidrogén és oxigén. Ezt a kombinációt használja például a Space Shuttle űrsikló vagy a Delta IV rakéta. A gépiparban a kriogén hőkezelést alkalmazzák az acél szerkezetének módosítására. Ezen eljárás során javul a martenzit szerkezete és lebomlik a maradó ausztenit.

Számos módszer létezik, amelyet nagyon alacsony hőmérsékletek elérésére használnak. Például a műszerek hűtése vagy a mélyhűtés során cseppfolyósított gázokat, mint héliumot és nitrogént használnak. Továbbá a gázok cseppfolyósítása többfokozatú kompresszió és hűtés alkalmazásával történik. Példa erre a Siemens-ciklus. Ebben a ciklusban a Gay-Lussac törvényt alkalmazzák, amely szerint a gáz tömörítésekor nő a termodinamikai hőmérséklete. A keletkező hőt hőcserélő vezeti el. Mivel ha a nyomás csökken, akkor a hőmérséklet is esik. A modern technikák közé tartozik a mágneses hűtés a magnetokalorikus effektus elvén.