Төменгі температуралар

ТӨМЕНГІ ТЕМПЕРАТУРАЛАР, криогендік температуралар (грекше kryos – суық; genos – тегі) – 120 К-нен төменгі температуралар.

Саласы

Шарт бойынша төменгі температуралар үш салаға бөлінеді:

• орташа төменгі температура 300 К-нен 120 К-ге дейін (ауаны кондиционерлеу үшін, тағам өнімдерін сақтау, химиялық реакторларды суыту, т.б.);
• 120 К-нен төменгі температура (ауаны және өндірістік газдарды бөлу, метанды, оттекті, сутекті, неонды, гелийді сұйылту және осы сұйықтармен салқындату процестері);
• 0,3 К-нен төмен асқынтөменгі температуралар (физикалық зерттеулерде қолданады).

Жоғоғарғы температураларда молекулалардың жылулық қозғалысымен тасаланып тұратын материяның қасиеттерін зерттеудің және жаңа құбылыстарды ашудың бірегей мүмкіндігін төменгі температуралар қамтамасыз етеді. Температураны елеулі төмендеткенде заттың ерекше қасиеттері мыс., асқын өткізгіштік, сұйық гелийдің асқын аққыштығы, Джозефсон эффектісі, т.б. байқалады.

Алу жолы

Төменгі температураларды алу және оларды белгілі бір уақытта сақтап тұру үшін сұйытылған газдар пайдаланылады. Газды сұйылту үшін оны сындық температурасынан төмен жататын қайнау температурасына дейін суытып, конденсация жылуы алынады.
Криогеникада төменгі температураларды алу үшін сығылған газды ұлғайтудың үш тәсілін қолданады:

• дроссельдеу,
• сыртқы жұмыс істелінетін изоэнтроптық ұлғайту (детандерлеу),
• тұрақты көлемдегі газды шығару (пайдаланылған газды шығару).

Дроссельдеу

Тар тесік арқылы баяу өткен газдық, сұйықтықтың немесе бу ағынының қысымын төмендету дроссельдеу деп аталады. Дроссельдеу кезінде нақты газдың температурасы өзгереді (Джоуль-Томсон эффектісі).

Детандер

Сыртқы жұмыс істелінетін изоэнтроптық ұлғайту детандер деген арнайы машинада өтеді. Детандерде ұлғаятын газ пайдалы жұмыс істейді. Идеал детандерде газдың ұлғаюы энтропия кезінде, нақты детандерде ұлғаю процесі энтропияның өсуімен өтеді.

Қолданылуы

Детандерлеу ең тиімді суыту әдісі болғандықтан қазіргі криогендік қондырғыларда жиі пайдаланады. Жоғарғы және орташа қысымда сығылған газды сұйылту үшін піспектік детандерлер, ал орташа және төмен қысымда сығылған газды сұйылту үшін турбодетандерлер қолданылады. Тұрақты көлемдегі газды сығып шығару кезінде істеген жұмысы есебінен газ салқындайды. Бұл суыту тәсілінің тиімділігі детандерлеу мен дроссельдеуден төмен болады. Сығылған газды ұлғайтудың осы аталған үш тәсілімен кез келген газды сұйылтуға болады. Төменгі температуралар кванттық күшейткіштер мен генераторлардың жұмыс істеу қабілеттілігін және тиімділігін, электрондық, т.б. аспатардың сезгіштігін арттырады, асқын жоғары вакуум мен асқын таза заттарды алуға, изотоптарды бөлуге көмектеседі. Бұл температуралар химия, биология және медицина саласында кеңінен қолданылады.