Kriyojenik Tanımı ve Kullanım Alanları

Kriyojenik, malzemelerin bilimsel çalışması ve son derece düşük davranışları olarak tanımlanır sıcaklıklar. Kelime Yunancadan geliyor cryo"soğuk" anlamına gelir ve genic"üretme" anlamına gelir. Terim genellikle fizik, malzeme bilimi ve tıp bağlamında görülür. Kriyojenik okuyan bir bilim insanına cryogenicist. Bir kriyojenik malzeme, dondurucu kimyasal madde. Soğuk sıcaklıklar herhangi bir sıcaklık ölçeği kullanılarak raporlanabilse de, Kelvin ve Rankine ölçekleri en yaygın olanıdır çünkü mutlak ölçeklerdir pozitif sayıları olan.

Bir maddenin "kriyojenik" olarak tam olarak ne kadar soğuk olması gerektiği, bilim camiası tarafından bir tartışma konusudur. ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), kriyojeniklerin −180 ° C'nin (93,15 K; 92292.00 ° F), bu sıcaklık, ortak soğutucu akışkanların (örn., Hidrojen sülfür, freon) bulunduğu bir sıcaklıktır. gazlar ve altında "kalıcı gazlar" (örn. hava, azot, oksijen, neon, hidrojen, helyum) sıvılar. Ayrıca, kaynama noktasının üzerindeki sıcaklıkları içeren "yüksek sıcaklık kriyojenikleri" adı verilen bir çalışma alanı da vardır.

Kriyojenlerin sıcaklığının ölçülmesi özel sensörler gerektirir. Direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler) 30 K kadar düşük sıcaklık ölçümleri almak için kullanılır. 30 K altında, genellikle silikon diyotlar kullanılır. Kriyojenik parçacık dedektörleri birkaç derece çalışan sensörlerdir mutlak sıfırın üstünde ve fotonları ve temel parçacıkları tespit etmek için kullanılır.

Kriyojenik sıvılar tipik olarak Dewar şişeleri adı verilen cihazlarda saklanır. Bunlar, yalıtım için duvarlar arasında bir vakuma sahip çift duvarlı kaplardır. Aşırı soğuk sıvılarla (örn., Sıvı helyum) kullanılması amaçlanan dewar şişelerinde, sıvı azotla doldurulmuş ilave bir yalıtım kabı bulunur. Dewar şişeleri mucitleri James Dewar için adlandırılmıştır. Şişeler, patlamaya yol açabilecek basınç artışının kaynamasını önlemek için gazın kaptan kaçmasına izin verir.

Aşağıdaki sıvılar çoğunlukla kriyojenikte kullanılır:

Kriyojeniklerin birkaç uygulaması vardır. Sıvı hidrojen ve sıvı oksijen (LOX) dahil olmak üzere roketler için kriyojenik yakıtlar üretmek için kullanılır. Nükleer manyetik rezonans (NMR) için ihtiyaç duyulan güçlü elektromanyetik alanlar genellikle elektromanyetiklerin kriyojenlerle aşırı soğutulmasıyla üretilir. Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), NMR'nin sıvı helyum kullanır. Kızılötesi kameralar sıklıkla kriyojenik soğutma gerektirir. Yiyeceklerin kriyojenik dondurulması, büyük miktarlarda yiyecek taşımak veya depolamak için kullanılır. Sis üretmek için sıvı azot kullanılır özel efektler için ve hatta özel kokteyller ve yiyecekler. Kriyojenler kullanarak malzemelerin dondurulması, geri dönüşüm için küçük parçalara ayrılacak kadar kırılgan hale getirebilir. Kriyojenik sıcaklıklar doku ve kan örneklerini saklamak ve deneysel örnekleri korumak için kullanılır. Kriyojenik soğutma süperiletkenlerin büyük şehirler için elektrik iletimini arttırmak için kullanılabilir. Kriyojenik işleme, bazı alaşım tedavilerinin bir parçası olarak ve düşük sıcaklıkta kimyasal reaksiyonları kolaylaştırmak için kullanılır (örneğin, statin ilaçları yapmak için). Cryomilling, normal sıcaklıklarda öğütülemeyecek kadar yumuşak veya elastik olabilecek malzemeleri öğütmek için kullanılır. Moleküllerin soğutulması (yüzlerce nano Kelvin'e kadar) egzotik madde durumları oluşturmak için kullanılabilir. Soğuk Atom Laboratuvarı (CAL), Bose Einstein'ı oluşturmak için mikro yerçekiminde kullanılmak üzere tasarlanmış bir araçtır kondensler (yaklaşık 1 pico Kelvin sıcaklığı) ve kuantum mekaniği ve diğer fizik test yasaları prensipler.

Kriyojenik, aşağıdakileri içeren çeşitli disiplinleri kapsayan geniş bir alandır:

Cryonics - Cryonics, hayvanların ve insanların gelecekte yeniden canlandırılması amacıyla dondurularak saklanmasıdır.

Kriyocerrahi - Bu, kriyojenik sıcaklıkların kanser hücreleri veya moller gibi istenmeyen veya habis dokuları öldürmek için kullanıldığı bir ameliyat dalıdır.

Cryoelectronics - Bu, süperiletkenlik, değişken aralıklı atlama ve diğer elektronik olayların düşük sıcaklıktaki çalışmasıdır. Kriyoelektronik uygulamasına pratik denir cryotronics.

kriyobiyoloji - Bu, düşük sıcaklıkların organizmalar, doku ve genetik materyalin korunması da dahil olmak üzere organizmalar üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. dondurma.

Kriyojenikler genellikle sıvı azotun donma noktasının altında, ancak mutlak sıfır, araştırmacılar mutlak sıfırın altındaki sıcaklıklara ulaştılar (negatif Kelvin denir) sıcaklıklar). 2013'te Münih Üniversitesi'ndeki Ulrich Schneider (Almanya) gazı mutlak sıfıra düşürdü, bu da onu daha soğuk yerine daha sıcak hale getirdiği bildirildi!

• Braun, S., Ronzheimer, J. P., Schreiber, M., Hodgman, S. S., Rom, T., Bloch, I., Schneider, U. (2013) "Hareket serbestlik dereceleri için negatif mutlak sıcaklık". Bilim339, 52–55.
• Gantz, Carroll (2015). Soğutma: Bir Tarihçe. Jefferson, Kuzey Carolina: McFarland & Company, Inc. s. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
• Nash, J. M. (1991) "Yüksek Sıcaklık Kriyojenikleri için Vorteks Genleşme Cihazları". Proc. Toplumlar Arası Enerji Dönüşüm Mühendisliği Konferansı, Cilt. 4, s. 521–525.