Che cos’è la criogenica?
La criogenica è la produzione e il comportamento dei materiali a temperature molto basse. Le temperature ultra-fredde modificano le proprietà chimiche dei materiali, che forniscono un’interessante area di studio per i ricercatori che desiderano esaminare i materiali mentre passano dal gas al liquido allo stato solido. Questi studi hanno portato a progressi non solo nella nostra comprensione dei diversi materiali, ma la creazione di tecnologie e industrie completamente nuove.,
La temperatura di qualsiasi materiale è la misura dell’energia che contiene. Le molecole in rapido movimento hanno una temperatura più elevata rispetto alle molecole in movimento più lento.
Ad esempio, mentre l’acqua si trasforma da un liquido a un solido a 32° F (0° C), le temperature criogeniche variano molto più in basso; da -150°C a -273° C. La temperatura -273° C è il minimo assoluto che può essere raggiunto. A questa temperatura le azioni di tutte le molecole si fermano, facendo sì che le molecole siano al più basso stato di energia possibile.
I gas liquidi a -150° C o inferiori possono essere utilizzati per congelare altri materiali., Una volta che un gas inizia a liquefarsi, l’ambiente è considerato criogenico. I gas più comuni che vengono trasformati in liquido per la criogenica sono ossigeno, azoto, idrogeno ed elio.
Storia della criogenica
La parola criogenica deriva dalla parola greca “kyros”, che significa freddo. Questo combinato con la parola inglese abbreviata “generare” rende la parola che conosciamo come criogenica.
Le temperature molto fredde non vengono misurate in gradi Fahrenheit o Celsius, ma in Kelvin. I Kelvin usano il simbolo dell’unità K., Prende il nome dal barone Kelvin che credeva che a temperature molto basse fosse necessaria una nuova scala che non fosse misurata dal cambiamento di stato materiale dell’acqua come Fahrenheit o Celsius. Zero gradi Kelvin (0 K) è la temperatura teoricamente più fredda possibile.
Nel 1877 Rasul Pictet e Louis Cailletet liquefatto ossigeno per la prima volta, entrambi utilizzando metodi diversi per il processo. Alla fine è stato scoperto un terzo metodo di liquefazione dell’ossigeno, e a questo punto della storia l’ossigeno è stato in grado di essere liquefatto a 90 K. Poco dopo, l’azoto liquido è stato raggiunto a 77 K., Gli scienziati di tutto il mondo hanno iniziato a competere per abbassare la temperatura della materia allo zero assoluto.
La prossima svolta arrivò nel 1898 quando James DeWar liquefasse l’idrogeno a 20 K. Questo presentò un nuovo problema ai ricercatori, poiché 20 K si trova anche a una temperatura di ebollizione. Tuttavia, questo ha presentato un ulteriore problema su come gestire e conservare i gas a tali temperature. Da qui la creazione di flaconi DeWar, che vengono utilizzati per immagazzinare i gas oggi.
L’ultimo grande progresso nel settore criogenico è venuto nel 1908, quando il fisico Heike Kamerling Onnes liquefatto elio a 4,2 K e poi 3,2 K., I progressi nella criogenica a seguito di questo sviluppo sono stati molto più piccoli perché è legge termodinamica che puoi avvicinarti allo zero assoluto, ma non raggiungerlo mai. La tecnologia ha avanzato molto di più da quest’ultima grande scoperta, e ora possiamo congelare i materiali entro distanze molto piccole dallo zero assoluto, ma gli scienziati non sono ancora stati in grado di infrangere la legge termodinamica in cui ogni particella ha energia zero.
Per che cosa si usa la criogenica?
La criogenica viene utilizzata in una varietà di applicazioni., Può essere utilizzato per produrre campi criogenici per razzi, in macchine MRI che utilizzano elio liquido e richiedono raffreddamento criogenico, immagazzinando grandi quantità di cibo, nebbia di effetti speciali, riciclaggio, congelamento di campioni di sangue e tessuti e persino superconduttori di raffreddamento.
Applicazioni e usi:
Criochirurgia. Un tipo di chirurgia che utilizza temperature criogeniche per eliminare tessuti indesiderati o tumori. Storicamente, la criochirurgia è stata usata per trattare una varietà di malattie, più comunemente, condizioni della pelle benigne e maligne., Questo tipo di chirurgia è efficace perché funziona utilizzando le temperature di congelamento sulle cellule che devono essere rimosse dal corpo. I cristalli di ghiaccio iniziano a formarsi sulle cellule e alla fine li fanno a pezzi.
Crioelettronica. Le temperature ultra-congelate che i fluidi criogenici possono fornire offrono la possibilità per gli elettroni nei materiali di muoversi liberamente con poca resistenza. Questo è di grande beneficio per i superconduttori e nella progettazione di veicoli spaziali. Ad esempio, l’ossigeno e l’idrogeno quando immagazzinati come fluidi criogenici sono fonti altamente vantaggiose che possono essere utilizzate per alimentare i razzi spaziali.,
Criobiologia. Lo studio degli effetti delle basse temperature sugli organismi. Ci sono sei principali aree di cryobiology:
- Lo studio di freddo adattamento dei microrganismi, piante, animali, vertebrati
- Crioconservazione di cellule e tessuti embrioni utilizzati in vitro
- la Conservazione di organi
- Liofilizzazione, la liofilizzazione di prodotti farmaceutici
- la Criochirurgia, rientra in questa categoria
- Supercooling applicata ai sistemi biologici
la Conservazione del Cibo., Per conservare gli alimenti confezionati come i prodotti, gli alimenti possono essere spruzzati con azoto liquido per assorbire il calore all’interno dei prodotti. Alla fine, l’azoto evapora prima che il cibo venga consumato. Con questa applicazione di criogenica, gli alimenti possono essere conservati più a lungo senza alcuna minaccia chimica per il consumo umano.
Trasporto di gas. La criogenica viene anche utilizzata per trasportare gas che non sono tipicamente criogenici. Ad esempio, utilizzando la criotecnologia, i gas possono essere trasformati in liquidi per renderli più facili da trasportare da un luogo all’altro., Prendi il gas naturale (GNL) che è una combinazione di etano, metano e altri gas. Quando questi gas si liquefanno, occupano molto meno spazio che se rimanessero gassosi. Pertanto, le spese di trasporto diventano più basse e il processo diventa molto più semplice.
Crioterapia. Questo è quando il corpo è esposto a temperature estremamente fredde. L’uso più comune di questa applicazione è la nuova tendenza di cryospas. In queste aree, le persone possono stare in una criosauna piena di fluidi criogenici per diversi minuti., Gli studi hanno dimostrato che questo trattamento bagarini molti benefici per il corpo, come ridurre l’infiammazione, aumentare l’energia, gestire il dolore, e anche può aumentare il metabolismo, tra le altre affermazioni. La ricerca sulla crioterapia è ancora molto nuova e i benefici non sono stati completamente studiati o compresi.
Crionica. La crio-conservazione degli animali e degli esseri umani con la speranza che un giorno possano essere in grado di essere rianimati in futuro. Tuttavia molti, se non la maggior parte, gli scienziati sono dubbiosi delle affermazioni.
Quali sono le prospettive per la criogenica?,
Man mano che la tecnologia si evolve rapidamente, le aree della criogenica continueranno a svilupparsi e alla fine si espanderanno a più applicazioni. Anche se non possiamo prevedere quali sviluppi verranno dopo, quello che sappiamo è che la sicurezza intorno ai fluidi criogenici è un must, indipendentemente dalla direzione in cui la ricerca progredirà. È importante che tutte le applicazioni che gestiscono, studiano e utilizzano liquidi criogenici utilizzino le opportune precauzioni di sicurezza e monitor di livello del gas e siano in grado di garantire un monitoraggio accurato delle concentrazioni di gas.
Scopri di più sulla sicurezza criogenica qui.
https://www.healthline.com/health/cryotherapy-benefits#benefits