Криоге́ника (от слов «холод, мороз» + «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; 1877 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
Дроссельный цикл Цикл построен на изоэнтальпийном охлаждении при прохождении через дроссель.
Источники холода в цикле
Дросселирование
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
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
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
Зайцев А. В.Криогеника в начале XXI века (рус)//журнал НИУ ИТМО.- СПб.,2014. — № 1
Бродянский В. М. От твёрдой воды до жидкого гелия (история холода)
Примечания
Категория:Криогеника