x223px|thumb|Kriostat badający szczelność podzespołów w niskich temperaturach. x248px|thumb|Naczynie zawierające ciekły azot
Kriogenika (gr. krios „zimno”, genos „ród”) – dział techniki wytwarzający, mierzący i utrzymujący skrajnie niskie temperatury; nie są one zdefiniowane ściśle, lecz czasem za granicę przyjmuje się −150 °C (123 K). Kriogenika jest blisko związana z kriofizyką, która bada właściwości ciał w tych temperaturach, np. charakterystyczne dla tego reżimu zjawiska jak nadprzewodnictwo i nadciekłość.
Kriogenika ma poważny udział w takich dziedzinach jak: badania przestrzeni kosmicznej, biologia i chirurgia, w przemyśle spożywczym, metalurgicznym, chemicznym i urządzeniach nadprzewodzących. Zastosowanie elementów nadprzewodzących w urządzeniach energetycznych prowadzi do znacznego zmniejszenia kosztów i masy tych urządzeń oraz zwiększenia sprawności i wydajności przy zachowaniu ich mocy.
Skraplanie gazów Ważną poddziedziną kriogeniki są technologie uzyskiwania i magazynowania skroplonych gazów. Zastosowanie skroplonych gazów jest najczęściej stosowaną w przemyśle technicznym metodą osiągnięcia bardzo niskich temperatur. W poniższej tabeli przedstawiono najczęściej stosowane w kriogenice ciekłe gazy wraz z ich temperaturą wrzenia w ciśnieniu atmosferycznym. Gaz Nominalna temperatura wrzenia (K) Hel 4,2 Wodór 20,3 Azot 77,3 Powietrze 78,8 Tlen 90,2 Metan 111,6 Fluor 84,9 Argon 87,3 Krypton 119,8 Ksenon 165,0 Ciecze te mogą być wykorzystywane w procesach chłodzenia zarówno poprzez bezpośredni kontakt jak i w obiegach zamkniętych, w kriochłodziarkach (kriokulerach). Kriochłodziarki są wykorzystywane przede wszystkim w zastosowaniach naukowych. Pozwalają na osiągnięcie bardzo niskich temperatur bez konieczności uzupełniania ciekłych gazów. W celu minimalizacji strat cieczy kriogenicznych i mocy chłodniczej wytworzonej przez kriokulery istotnym zagadnieniem jest odizolowanie systemu kriogenicznego od otoczenia. Systemami zapewniającymi odpowiedni poziom izolacji są kriostaty. Kriostaty zbudowane są zwykle z podwójnego naczynia o izolacji próżniowej i ekranów radiacyjnych, najczęściej w formie MLI.
Zastosowanie Bardzo niskie temperatury wykorzystywane są w szerokim zakresie badań naukowych i rozwiązań technologicznych. Przykłady zastosowania kriogeniki to: Energetyka – niektóre ciekłe gazy wykorzystywane są jako źródła energii. Gaz ziemny jest jednym z najpowszechniej stosowanych paliw kopalnych. Skroplenie go powoduje zmniejszenie jego objętości około 600 razy. Zwiększona gęstość LNG ułatwia jego magazynowanie i transport. Transport morski LNG jest najbardziej ekonomiczną formą przesyłania gazu ziemnego na odległość większą od 4000 km. Innym nośnikiem energii w postaci ciekłego gazu jest LH2. Wodór jest pozbawionym śladu węglowego nośnikiem energii, gdyż w reakcji spalania (lub utleniania w ogniwie paliwowym) powstaje jedynie obojętna dla środowiska para wodna. Nadprzewodnictwo – materiały nadprzewodzące charakteryzują się określoną temperaturą krytyczną, poniżej której wykazują swoje nadprzewodzące właściwości. Większość znanych nadprzewodników tę temperaturę ma w granicach temperatur kriogenicznych. Niezbędne jest więc utrzymanie ich w tej temperaturze poprzez np. kąpiel w ciekłym helu (4,2 K). Gazy techniczne – produkcja gazów technicznych jak np. tlen i argon wykorzystuje kriogeniczne technologie separacji powietrza. Medycyna – kriogenika znajduje szerokie zastosowanie w medycynie. Bardzo niskie temperatury mogą być wykorzystane zarówno do przechowywania rzadkich grup krwi jak i w kriochirurgii, gdzie wykorzystywane są do zabijania szkodliwych tkanek, jak np. brodawki. Przemysł spożywczy – mrożenie żywności poprzez chłodzenie ciekłym azotem zwiększa dynamikę procesu. Wskutek tej metody mrożenia powstają również dużo mniejsze kryształy lodu, co przekłada się na wyższą jakość przechowywanej żywności.
Zobacz też MLI zero bezwzględne krioterapia
Przypisy
Linki zewnętrzne Anna Majcher-Fitas, Bliżej Nauki: Cool Physics – czyli o niskich temperaturach słów kilka, kanał FAIS UJ na YouTube, 10 listopada 2020 [dostęp 2023-11-30]. Lina Marieth Hoyos, What is the coldest thing in the world?, kanał TED-Ed na YouTube, 10 lipca 2018 [dostęp 2024-08-30].
Kategoria:Termodynamika Kategoria:Chłodnictwo