Криогенная техника – это область науки и техники, занимающаяся получением, хранением, транспортировкой и применением веществ при сверхнизких температурах, как правило, ниже -150°C (-238°F). Это температура, при которой многие газы переходят в жидкое или твердое состояние. В криогенной технике используются специальные методы и оборудование, позволяющие работать с такими экстремальными условиями.

Основные аспекты криогенной техники:

* Получение сверхнизких температур: Это ключевой аспект, достигаемый различными методами, включая:
* Циклы Линде и Клода: Основаны на принципе джоуль-томсоновского эффекта — охлаждение газа при адиабатическом расширении. Эти циклы используются в промышленных установках для производства больших объемов жидких газов (например, кислорода, азота, аргона).
* Гелиевые рефрижераторы: Используются для получения температур вплоть до нескольких кельвинов (К) с помощью каскадных циклов и других методов, таких как адсорбционное охлаждение. Гелий – единственный газ, остающийся жидким при температуре абсолютного нуля (0 К или -273,15°C) при нормальном атмосферном давлении.
* Магнитные охладители: Используют магнитокалорический эффект – изменение температуры парамагнитного материала при изменении магнитного поля. Этот метод позволяет получать сверхнизкие температуры без использования гелия.
* Лазерное охлаждение: Применяется для охлаждения отдельных атомов и ионов до крайне низких температур, близких к абсолютному нулю. Используется в физических экспериментах и в создании атомных часов.

* Хранение криогенных жидкостей: Для хранения используются специальные сосуды — криостаты или девары, которые минимизируют теплоприток к содержимому. Они часто имеют вакуумную изоляцию и многослойную структуру. Для хранения больших объемов используются криогенные резервуары, часто с системами автоматической регулировки уровня и давления.

* Транспортировка криогенных жидкостей: Криогенные жидкости транспортируются в специальных изотермических цистернах и контейнерах, обеспечивающих минимальные потери за счет испарения. Это критически важно, поскольку испарение ведет к потерям дорогостоящих криогенных жидкостей и может представлять опасность.

* Применение криогенных технологий:
* Медицина: Криохирургия (лечение опухолей замораживанием), криоконсервация (замораживание биологических материалов, таких как клетки и ткани), МРТ (магнитно-резонансная томография), использующая сверхпроводящие магниты.
* Промышленность: Производство сжиженного природного газа (СПГ), металлургия (криогенная обработка металлов для повышения прочности), пищевая промышленность (криогенная заморозка продуктов).
* Наука и исследования: Научные исследования в области физики низких температур, создание сверхпроводящих устройств (магниты, ускорители частиц, сенсоры), атомная физика.
* Космонавтика: Криогенные топливные системы для ракет.


Опасность работы с криогенными жидкостями:

Работа с криогенными жидкостями требует высокой осторожности из-за их низкой температуры и физических свойств. Основные опасности:

* Обморожения: Контакт с криогенными жидкостями может привести к мгновенным и тяжелым обморожениям.
* Асфиксия: Испарение криогенных жидкостей может вытеснять кислород из воздуха, вызывая удушье.
* Взрывы: Некоторые криогенные жидкости при быстром нагревании могут расширяться с огромной силой, вызывая взрывы.
* Повреждение оборудования: Низкие температуры могут вызывать хрупкость материалов и повреждение оборудования.


В целом, криогенная техника является сложной и ответственной областью, требующей специальной подготовки, оборудования и соблюдения строгих мер безопасности. Ее развитие постоянно продолжается, открывая новые возможности в различных областях науки и техники.