Vad är Kryogenik?
Kryogenik är produktion av och beteende av material vid mycket låga temperaturer. Ultrakylda temperaturer förändrar materialets kemiska egenskaper, vilket ger ett intressant studieområde för forskare som vill undersöka materialen när de övergår från gas till vätska till fast tillstånd. Dessa studier har lett till framsteg i inte bara vår förståelse av olika material, men skapandet av helt ny teknik och industrier.,
temperaturen på något material är måttet på den energi som den innehåller. Snabbt rörliga molekyler har en högre temperatur än långsammare rörliga molekyler.
till exempel, medan vatten omvandlas från en vätska till en fast substans vid 32° F (0° C), kryogena temperaturer varierar mycket lägre; från -150°C till -273° C. Temperaturen -273° C är den absolut lägsta som kan uppnås. Vid denna temperatur stannar alla molekylers åtgärder, vilket gör att molekylerna ligger vid lägsta möjliga tillstånd av energi.
flytande gaser vid eller under -150° C kan användas för att frysa andra material., När en gas börjar smälta anses miljön vara en kryogen. De vanligaste gaserna som vänds till vätska för kryogenik är syre, kväve, väte och helium.
History of Cryogenics
ordet cryogenics kommer från det grekiska ordet ”kyros”, vilket betyder kallt. Detta kombinerat med det förkortade engelska ordet ”att generera” gör ordet vi känner som kryogenik.
temperaturer som är mycket kalla mäts inte i grader Fahrenheit eller Celsius, men i kelviner. Kelvins använd Enhetssymbolen K., Det är uppkallat efter Baron Kelvin som trodde att vid mycket låga temperaturer behövdes en ny skala som inte mättes av materialstatens förändring av vatten som Fahrenheit eller Celsius. Noll grader Kelvin (0 K) är den teoretiskt kallaste möjliga temperaturen.
i 1877 Rasul Pictet och Louis Caillet flytande syre för första gången, båda med olika metoder för processen. Så småningom upptäcktes en tredje metod för flytande syre, och vid denna tidpunkt i historien kunde syre kondenseras vid 90 K. strax efter uppnåddes flytande kväve vid 77 K., Forskare över hela världen började konkurrera för att sänka materiens temperatur till absolut noll.
nästa genombrott kom 1898 när James Dewar flytande väte vid 20 K. detta presenterade ett nytt problem för forskare, eftersom 20 K också är vid en kokande temperatur. Detta presenterade dock ytterligare en fråga om hur man hanterar och lagrar gaser vid sådana temperaturer. Därför skapandet av Dewar kolvar, som används för att lagra gaser idag.
Den sista stora framsteg i cryogenics industrin kom 1908 när fysikern Heike Kamerling Onnes flytande Helium 4,2 K och sedan 3.2 K., Framstegen i cryogenics efter denna utveckling har varit mycket mindre eftersom det är termodynamisk lag att du kan närma sig absolut noll,men aldrig nå den. Tekniken har utvecklats mycket mer sedan denna senaste stora upptäckt, och vi kan nu frysa material inom mycket små avstånd från absolut noll, men forskare har fortfarande inte kunnat bryta termodynamisk lag där varje partikel har noll energi.
vad används Kryogenik för?
Cryogenics används i en mängd olika applikationer., Det kan användas för att producera kryogena fält för raketer, i MR-maskiner som använder flytande helium och kräver kryogen kylning, lagring av stora mängder mat, specialeffekter dimma, återvinning, frysning av blod och vävnadsprover och till och med kylning av supraledare.
program och användningsområden:
kryokirurgi. En typ av operation som använder kryogena temperaturer för att eliminera oönskade vävnader eller tumörer. Historiskt har kryokirurgi använts för att behandla en mängd olika sjukdomar, oftast godartade och maligna hudförhållanden., Denna typ av kirurgi är effektiv eftersom det fungerar genom att använda frystemperaturer på celler som måste tas bort från kroppen. Iskristaller börjar bildas på cellerna och i slutändan riva dem ifrån varandra.
Kryoelektronik. De ultrafrysta temperaturer som kryogena vätskor kan ge möjlighet för elektroner i material att röra sig fritt med lite motstånd. Detta är till stor nytta för supraledare och i rymdfarkoster design. Till exempel är syre och väte när de lagras som kryogena vätskor mycket fördelaktiga källor som kan användas för att driva rymdraketer.,
Kryobiologi. Studien av effekterna av låga temperaturer på organismer. Det finns sex huvudsakliga områden av kryobiologi:
- studien av kall anpassning av mikroorganismer, växter, djur och ryggradsdjur
- kryopreservering av cellvävnader och embryon som används vid Invitro befruktning
- bevarande av organ
- lyofilisering, frystorkning av läkemedel
- kryokirurgi faller under denna kategori
- superkylning som tillämpas på biologiska system
livsmedelsbevarande., För att bevara förpackade livsmedel som produkter kan matvarorna sprutas med flytande kväve för att absorbera värmen inom produkterna. Så småningom avdunstar kvävet innan maten konsumeras. Med denna tillämpning av kryogenik kan livsmedel hållas bevarade längre utan något kemiskt hot mot mänsklig konsumtion.
transport av gaser. Cryogenics används också för att transportera gaser som inte är typiskt kryogena. Till exempel, med hjälp av Kryoteknik, kan gaser omvandlas till vätskor för att göra dem lättare att transportera från en plats till en annan., Ta naturgas (LNG) som är en kombination av etan, metan och andra gaser. När dessa gaser blir flytande tar de upp mycket mindre utrymme än om de förblev gasformiga. Därför blir transportkostnaderna lägre och processen blir mycket lättare.
kryoterapi. Detta är när kroppen utsätts för extremt kalla temperaturer. Den vanligaste användningen av denna applikation är den nya trenden med cryospas. I dessa områden kan människor stå i en cryosauna fylld med kryogena vätskor i flera minuter., Studier har visat att denna behandling touts många fördelar för kroppen, såsom att minska inflammation, öka energi, hantera smärta, och även kan öka ämnesomsättningen, bland andra påståenden. Forskning om kryoterapi är fortfarande mycket ny, och fördelarna har inte undersökts helt eller förstått.
Cryonics. Kryo-bevarande av djur och människor med hopp om att de en dag kan kunna återupplivas i framtiden. Men många, om inte de flesta, är forskare tvivelaktiga på kraven.
Vad är nästa för Kryogenik?,
eftersom tekniken snabbt utvecklas områden av kryogenik kommer att fortsätta att utvecklas och så småningom expandera till fler applikationer. Även om vi inte kan förutsäga vad utvecklingen kommer att komma härnäst, vad vi vet är att säkerheten kring kryogena vätskor är ett måste, oavsett vilken riktning forskningen kommer att utvecklas. Det är viktigt att alla applikationer hanterar, studerar och använder kryogena vätskor använder lämpliga säkerhetsåtgärder och gasnivåmonitorer och kan säkerställa noggrann övervakning av gaskoncentrationer.
Läs mer om kryogen säkerhet här.
https://www.healthline.com/health/cryotherapy-benefits#benefits