Kryogenika

Kryogenika je fyzikálny odbor, ktorý sa zaoberá predovšetkým tým, ako na rôzne materiály pôsobí, keď sú vychladené na veľmi nízke teploty a aké sú potom ich reakcie na tieto nízke teploty. V určitom význame možno chápať kryogeniku tiež ako technické zariadenie, ktoré napomáha k udržiavaniu nízkych teplôt.

Využitie kryogeniky je veľmi široké, nie je preto divu, že sa s ňou môžeme stretnúť hneď v niekoľkých odboroch. Napríklad v oblasti výskumu supravodivosti sú potrebné veľmi nízke teploty a tých je dosahované pomocou skvapalnených plynov, ako hélia alebo dusíka. Trebárs Large Hadron Collider v CERNu využíva na chladenie kvapalné hélium. Okrem toho nachádza kvapalné hélium využitie napríklad aj v kozmonautike, okrem použitia ako technický plyn pre udržanie tlaku v nádržiach raketových stupňov sa používa práve taktiež k chladeniu.

Sondy a družice vystavené priamemu slnečnému žiareniu bývajú vybavené héliovým chladiacim systémom. Tento systém neplní len funkciu ochrany pred Slnkom, ale je tiež využívaný pre chladenie prístrojov snímajúcich infračervené spektrum. Ďalším príkladom je Herschelov vesmírny ďalekohľad. Ďalšou kozmickou aplikáciou sú kryogénne pohonné látky. Medzi ne sa radí kvapalný vodík a kyslík. Túto kombináciu používa raketoplán Space Shuttle alebo raketa Delta IV. V strojárstve sa využíva kryogénne tepelné spracovanie pre úpravu štruktúry ocele. Pri tejto procedúre sa zlepšuje štruktúra martenzitu a dochádza k rozpadu zvyškového austenitu.

Je niekoľko metód, ktoré sa používajú na dosahovanie veľmi nízkych teplôt. Napríklad pri chladení prístrojov alebo hlbokom zmrazovaniu sú používané skvapalnené plyny ako hélium a dusík. Ďalej potom na skvapalňovanie plynov sa používa niekoľkostupňová kompresia a chladenie. Príkladom môže byť Siemensův cyklus. Pri tomto cykle je využitý Gay-Lussacov zákon, podľa ktorého stlačením plynu vzrastie jeho termodynamická teplota. Vzniknuté teplo je odvedené tepelným výmenníkom. Keď sa totiž zníži tlak, klesne aj teplota. K moderným technikám patrí magnetické chladenie na princípe magnetokalorického efektu.