Criogenie

Criogenia este un domeniu al fizicii care se ocupă în principal cu efectele asupra diferitelor materiale când sunt răcite la temperaturi foarte scăzute și cum reacționează acestea la aceste temperaturi scăzute. Într-un anumit sens, criogenia poate fi înțeleasă și ca un echipament tehnic care ajută la menținerea temperaturilor scăzute.

Utilizarea criogeniei este foarte largă, așa că nu este surprinzător că o putem întâlni în mai multe domenii. De exemplu, în cercetarea supraconductibilității, sunt necesare temperaturi foarte scăzute, care sunt obținute prin utilizarea gazelor lichefiate precum heliul sau azotul. Large Hadron Collider din CERN utilizează heliu lichid pentru răcire. În plus, heliul lichid este folosit de asemenea în cosmonautică, fiind utilizat ca gaz tehnic pentru a menține presiunea în rezervoarele treptelor de rachetă, dar și pentru răcire.

Sondele și sateliții expuși direct radiației solare sunt echipate cu un sistem de răcire cu heliu. Acest sistem nu doar că oferă protecție împotriva soarelui, dar este folosit și pentru răcirea instrumentelor care captează spectrul infraroșu. Un alt exemplu este Observatorul Spațial Herschel. O altă aplicație spațială sunt combustibilii criogenici. Aceștia includ hidrogenul și oxigenul lichid. Această combinație este utilizată de naveta spațială Space Shuttle sau de racheta Delta IV. În inginerie, tratamentul termic criogenic este folosit pentru îmbunătățirea structurii oțelului. Prin această procedură, se îmbunătățește structura de martensită și se produce descompunerea austenitului rezidual.

Sunt câteva metode utilizate pentru a atinge temperaturi foarte scăzute. De exemplu, pentru răcirea instrumentelor sau congelarea profundă sunt folosite gaze lichefiate precum heliul și azotul. De asemenea, pentru lichefierea gazelor se folosește comprimarea și răcirea în mai multe etape. Un exemplu ar fi ciclul Siemens. În acest ciclu se folosește legea lui Gay-Lussac, conform căreia comprimarea gazului crește temperatura sa termodinamică. Căldura rezultată este evacuată printr-un schimbător de căldură. Când presiunea scade, scade și temperatura. Tehnicile moderne includ răcirea magnetică pe baza efectului magnetocaloric.