Криогенная техника
Криоге́нная те́хника, техника получения и использования температур ниже 120 К (криогенных температур). Средствами криогенной техники производят сжижение газов, их хранение и транспортировку, разделение газовых смесей и изотопов.
Основы криогенной техники заложили Дж. Дьюар, Х. Камерлинг-Оннес, У. Ф. Джиок, П. Л. Капица и ряд других учёных.
В 20 в. развитию криогенной техники способствовало её применение в ракетной технике и космических исследованиях. До второй мировой войны криогенные температуры использовались редко. Температуры, достигаемые ожижением неона, водорода, гелия, – лишь для научных исследований в единичных лабораториях мира. Минимальная температура, зафиксированная учёными в лабораторных условиях (на 2021), на 38 триллионных долей градуса превышала абсолютный ноль, который равен – 273,15 С.
Применение
Основные проблемы, решаемые криогенной техникой:
- разделение газовых смесей и изотопов низкотемпературными методами (например, промышленное получение чистых азота, кислорода и инертных газов из воздуха, выделение дейтерия ректификацией жидкого водорода);
- сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспортирование в жидком состоянии;
- охлаждение и термокриостатирование различных устройств, в том числе электронных (квантовых усилителей и генераторов, приёмников ИК-излучения, приборов, работающих на основе эффекта Джозефсона, и т. п.);
- создание аппаратуры для проведения научных исследований при криогенных температурах (например, имитирующей условия космического вакуума).
Криогенная техника также применяется для решения научных проблем, требующих создания криогенных температур. К таким проблемам относятся управляемый термоядерный синтез и магнитогидродинамический способ преобразования энергии.
Наряду с созданием крупнейших ожижителей и криогенных установок, разрабатываются миниатюрные охладители (размером не больше ладони) для навигационных приборов, различных устройств радиоэлектроники и вычислительной техники.
Использование криогенной техники в ряде областей науки и техники привело к возникновению отдельных самостоятельных направлений: в электронике – криоэлектроники, в медицине – криохирургии и др.
Криогенные установки
Базовые криогенные установки включают криостаты, компрессоры (поршневые, турбокомпрессоры, винтовые, мембранные), детандеры, холодильные машины, вакуумные насосы, теплообменные аппараты, ректификационные колонны и др.
Широкое распространение получили:
- воздухоразделительные установки, создающие условия для технологических процессов в металлургический, химический, атомной промышленности и энергетике;
- криогенные установки производства и хранения компонентов ракетного топлива (жидкие кислород, водород);
- установки, обеспечивающие работоспособность ракетно-космических комплексов;
- мощные крионасосы для создания высокого вакуума;
- криогенные системы для охлаждения сверхпроводящих обмоток электрических машин и магнитов, лазеров и мазеров;
- криохирургическое и криотерапевтическое оборудование;
- криогенные резервуары для хранения и транспортирования сжиженных газов и др.
Литература
- Архаров А. М. Криогенные системы. Т. 1. Основы теории и расчета / А. М. Архаров, И. В. Марфенина, Е. И. Микулин. – Москва : Машиностроение, 1996.
- Мааке В. Польманн : учебник по холодильной технике. Основы. Комплектующие. Расчеты. Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание холодильных установок / В. Мааке, Г. Ю. Эккерт, Жан-Луи Кошпен ; [пер. с фр. под ред. В. Б. Сапожникова]. – Москва : Издательство Московского университета (МГУ), 1998.
- Теплофизические свойства криопродуктов : учебное пособие для студентов вузов / Л. А. Акулов, Е. И. Борзенко, В. Н. Новотельнов, А. В. Зайцев. – Санкт-Петербург : Издательство Политехника, 2001.