Kryogenika

Kryogenika je fyzikální obor, který zabývá především tím, jak na různé materiály působí, když jsou zchlazeny na velmi nízké teploty a jaké jsou poté jejich reakce na tyto nízké teploty. V určitém významu lze chápat kryogeniku také jako technické zařízení, které napomáhá k udržování nízkých teplot.

Využití kryogeniky je velmi široké, není proto divu, že se s ní můžeme setkat hned v několika oborech. Například v oblasti výzkumu supravodivosti jsou zapotřebí velmi nízké teploty a těch je dosahováno pomocí zkapalněných plynů, jako helia nebo dusíku. Třeba Large Hadron Collider v CERNu využívá k chlazení kapalné helium. Kromě toho nachází kapalné hélium využití třeba i v kosmonautice, kromě použití jako technický plyn pro udržení tlaku v nádržích raketových stupňů, se používá právě také k chlazení.

Sondy a družice vystavené přímému slunečnímu záření bývají vybaveny heliovým chladícím systémem. Tento systém neplní pouze funkci ochrany před sluncem, ale je také využíván pro chlazení přístrojů snímajících infračervené spektrum. Dalším příkladem je Herschelova vesmírná observatoř. Další kosmickou aplikací jsou kryogenní pohonné látky. Mezi ně se řadí kapalný vodík a kyslík. Tuto kombinaci používá raketoplán Space Shuttle nebo raketa Delta IV. Ve strojírenství se využívá kryogenní tepelné zpracování pro úpravu struktury oceli. Při této proceduře se zlepšuje struktura martenzitu a dochází k rozpadu zbytkového austenitu.

Je několik metod, který se používají k dosahování velmi nízkých teplot. Například při chlazení přístrojů nebo hlubokém zmrazování jsou používány zkapalněné plyny jako helium a dusík. Dále pak pro zkapalňování plynů se používá několikastupňové komprese a chlazení. Příkladem může být Siemensův cyklus. Při tomto cyklu je využit Gay-Lussacův zákon, podle kterého stlačením plynu vzroste jeho termodynamická teplota. Vzniklé teplo je odvedeno tepelným výměníkem. Když se totiž sníží tlak, klesne také teplota. K moderním technikám patří magnetické chlazení na principu magnetokalorického efektu.