Was ist Kryotechnik?
Kryogenik ist die Herstellung und das Verhalten von Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen. Ultrakalte Temperaturen verändern die chemischen Eigenschaften von Materialien, was für Forscher, die die Materialien beim Übergang von Gas zu Flüssigkeit in einen festen Zustand untersuchen möchten, ein interessantes Untersuchungsgebiet darstellt. Diese Studien haben nicht nur zu Fortschritten in unserem Verständnis verschiedener Materialien geführt, sondern auch zur Schaffung völlig neuer Technologien und Industrien.,
Die Temperatur eines Materials ist das Maß für die darin enthaltene Energie. Schnell bewegte Moleküle haben eine höhere Temperatur als langsamer bewegte Moleküle.
Während sich Wasser beispielsweise bei 0° C von einer Flüssigkeit in einen Feststoff umwandelt, liegen die kryogenen Temperaturen viel niedriger; von -150° C bis -273°C. Die Temperatur -273° C ist die absolut niedrigste, die erreicht werden kann. Bei dieser Temperatur hören die Wirkungen aller Moleküle auf, wodurch sich die Moleküle im niedrigstmöglichen Energiezustand befinden.
Flüssige Gase bei oder unter -150° C können zum Einfrieren anderer Materialien verwendet werden., Sobald sich ein Gas zu verflüssigen beginnt, gilt die Umgebung als kryogen. Die häufigsten Gase, die für die Kryogenik in Flüssigkeit umgewandelt werden, sind Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Helium.
Geschichte der Kryogenik
Das Wort Kryogenik kommt vom griechischen Wort „kyros“, was kalt bedeutet. Dies kombiniert mit dem abgekürzten englischen Wort „zu erzeugen“ machen das Wort, das wir als Kryogenik kennen.
Sehr kalte Temperaturen werden nicht in Grad Fahrenheit oder Celsius gemessen, sondern in Kelvin. Kelvins verwenden das Einheitssymbol K., Es ist nach Baron Kelvin benannt, der glaubte, dass bei sehr niedrigen Temperaturen eine neue Skala benötigt wurde, die nicht durch die Materialzustandsänderung von Wasser wie Fahrenheit oder Celsius gemessen wurde. Null Grad Kelvin (0 K) ist die theoretisch tiefste mögliche Temperatur.
1877 verflüssigten Rasul Pictet und Louis Caillet zum ersten Mal Sauerstoff, beide mit unterschiedlichen Methoden für den Prozess. Schließlich wurde eine dritte Methode zur Verflüssigung von Sauerstoff entdeckt, und zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte konnte Sauerstoff bei 90 K verflüssigt werden., Wissenschaftler auf der ganzen Welt begannen zu konkurrieren, um die Temperatur der Materie auf den absoluten Nullpunkt zu senken.
Der nächste Durchbruch gelang 1898, als James DeWar Wasserstoff bei 20 K verflüssigte. Dies stellte den Forschern ein neues Problem dar, da 20 K ebenfalls Siedetemperatur haben. Dies stellte jedoch eine weitere Frage zum Umgang und zur Lagerung von Gasen bei solchen Temperaturen dar. Daher die Schaffung von DeWar-Flaschen, die heute zur Speicherung von Gasen verwendet werden.
Der letzte große Fortschritt in der Kryogenikindustrie kam 1908, als die Physikerin Heike Kamerling Onnes Helium bei 4,2 K und dann 3,2 K verflüssigte., Die Fortschritte in der Kryogenik nach dieser Entwicklung waren viel kleiner, weil es das thermodynamische Gesetz ist, dass man sich dem absoluten Nullpunkt nähern kann, ihn aber nie wirklich erreichen kann. Die Technologie ist seit dieser letzten großen Entdeckung viel weiter fortgeschritten, und wir können jetzt Materialien in sehr kleinen Abständen vom absoluten Nullpunkt einfrieren, aber Wissenschaftler waren immer noch nicht in der Lage, das thermodynamische Gesetz zu brechen, bei dem jedes Teilchen Nullenergie hat.
Wofür wird Kryogenik angewendet?
Cryogenics wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt., Es kann verwendet werden, um kryogene Felder für Raketen herzustellen, in MRT-Maschinen, die flüssiges Helium verwenden und eine kryogene Kühlung erfordern, große Mengen an Lebensmitteln, Spezialeffektnebel, Recycling, Einfrieren von Blut-und Gewebeproben und sogar Kühlung von Supraleitern.
Anwendungen und Anwendungen:
Kryochirurgie. Eine Art von Operation, die kryogene Temperaturen verwendet, um unerwünschtes Gewebe oder Tumore zu beseitigen. In der Vergangenheit wurde die Kryochirurgie zur Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt, am häufigsten gutartige und bösartige Hauterkrankungen., Diese Art der Operation ist wirksam, da sie die Gefriertemperaturen an Zellen verwendet, die aus dem Körper entfernt werden müssen. Eiskristalle beginnen sich auf den Zellen zu bilden und reißen sie schließlich auseinander.
Kryoelektronik. Die tiefgefrorenen Temperaturen, die kryogene Flüssigkeiten liefern können, bieten Elektronen in Materialien die Möglichkeit, sich mit geringem Widerstand frei zu bewegen. Dies ist von großem Nutzen für Supraleiter und im Raumfahrzeugdesign. Beispielsweise sind Sauerstoff und Wasserstoff, wenn sie als kryogene Flüssigkeiten gespeichert werden, sehr vorteilhafte Quellen, die zur Stromversorgung von Weltraumraketen verwendet werden können.,
Kryobiologie. Die Untersuchung der Auswirkungen niedriger Temperaturen auf Organismen. Es gibt sechs Hauptbereiche der Kryobiologie:
- Die Untersuchung der Kälteanpassung von Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und Wirbeltieren
- Kryokonservierung von Zellgeweben und Embryonen bei der Invitro-Fertilisation
- Erhaltung von Organen
- Lyophilisation, Gefriertrocknung von Arzneimitteln
- Kryochirurgie fällt unter diese Kategorie
- Unterkühlung bei biologischen Systemen
Lebensmittelkonservierung., Um verpackte Lebensmittel wie Produkte zu konservieren, können die Lebensmittel mit flüssigem Stickstoff besprüht werden, um die Wärme innerhalb des Produkts aufzunehmen. Schließlich verdunstet der Stickstoff, bevor das Essen verbraucht wird. Mit dieser Anwendung der Kryogenik können Lebensmittel länger konserviert werden, ohne dass eine chemische Bedrohung für den menschlichen Verzehr besteht.
Transport von Gasen. Kryogenik wird auch verwendet, um Gase zu transportieren, die typischerweise nicht kryogen sind. Beispielsweise können Gase mithilfe der Kryotechnologie in Flüssigkeiten umgewandelt werden, um den Transport von einem Ort zum anderen zu erleichtern., Nehmen Sie Erdgas (LNG), eine Kombination aus Ethan, Methan und anderen Gasen. Wenn diese Gase verflüssigt werden, nehmen sie weit weniger Platz ein, als wenn sie gasförmig wären. Daher werden die Transportkosten niedriger und der Prozess wird viel einfacher.
Kryotherapie. Dies ist, wenn der Körper extrem kalten Temperaturen ausgesetzt ist. Die häufigste Verwendung dieser Anwendung ist der neue Trend von Cryospas. In diesen Bereichen können Menschen mehrere Minuten in einer mit kryogenen Flüssigkeiten gefüllten Kryosauna stehen., Studien haben gezeigt, dass diese Behandlung dem Körper viele Vorteile bringt, z. B. Entzündungen reduzieren, Energie steigern, Schmerzen lindern und sogar den Stoffwechsel ankurbeln kann. Die Forschung zur Kryotherapie ist noch sehr neu und die Vorteile wurden nicht vollständig erforscht oder verstanden.
Kryonik. Die Kryokonservierung von Tieren und Menschen in der Hoffnung, dass sie eines Tages in Zukunft wiederbelebt werden können. Doch viele, wenn nicht die meisten Wissenschaftler sind zweifelhaft, der Ansprüche.
Was kommt als Nächstes für Kryotechnik?,
Da sich die Technologie rasant weiterentwickelt, werden sich die Bereiche der Kryogenik weiter entwickeln und schließlich auf weitere Anwendungen ausweiten. Obwohl wir nicht vorhersagen können, welche Entwicklungen als nächstes kommen werden, wissen wir, dass die Sicherheit in Bezug auf kryogene Flüssigkeiten ein Muss ist, unabhängig davon, in welche Richtung die Forschung voranschreiten wird. Es ist wichtig, dass alle Anwendungen, die kryogene Flüssigkeiten handhaben, untersuchen und verwenden, die richtigen Sicherheitsvorkehrungen und Gasstandsmonitore verwenden und eine genaue Überwachung der Gaskonzentrationen gewährleisten können.
Erfahren Sie hier mehr über kryogene Sicherheit.
https://www.healthline.com/health/cryotherapy-benefits#benefits