Волшебство науки. Криогенная техника

Баррон Р.

Криогенная техника включает проектирование и разработку систем и компонентов, которые обеспечивают получение, поддержание или использование низких температур. В начале 20-го столетия область криогеники охватывала производство жидкого воздуха для европейской сталелитейной промышленности и набор разнообразных салонных трюков, как разбиение хрупкой замороженной розы и забивание гвоздей замороженным бананом. Салонные трюки остаются и сегодня, однако интересы инженеров и ученых, работающих в области криогеники, значительно расширили ее поле деятельности. Криогенные системы используются при решении такой серьезной проблемы, как лечение болезни Паркинсона, помогают человеку делать первые робкие шаги на пути исследования космоса. Начиная с 1954. г. проводились ежегодные (за исключением 1955 г.) конференции по криогенной технике, во многих университетах введены специальные курсы по криогенике.

►   Волшебство науки.
     Понятная и популярная наука

Для инженера манящие горизонты замороженного мира в области, близкой к абсолютному нулю, бесчисленны: однако при сравнении с более привычной ситуацией открывающиеся перспективы еще более впечатляющи. Жидкий водород является топливом, используемым для двигателей таких космических ракет, как «Сатурн». Как бы вы спроектировали систему вместимостью примерно 105 400 л для хранения жидкой воды в условиях окружающей среды, температура которой примерно на 260° С выше точки ее кипения (расчетная температура поверхности Меркурия составляет примерно 371° С) при утечках не более 189 л/сут? В сосуде для хранения должно оставаться некоторое количество воды по истечении полутора лет, если сосуд был вначале полным. Хранение жидкого водорода в таком количестве осуществлено в системах наземного обеспечения для проекта ядерной двигательной системы «Ровер».

Наиболее яркой иллюстрацией возможностей криогеники является замораживание до температур жидкого гелия. Как можно было бы поддерживать температуры в пределах 100°С с помощью водяного охлаждения, если бы Вы жили в условиях ада при 25 540° С. Эти температурные пределы соответствуют пределам рефрижератора, работающего по циклу Карно в границах между температурой окружающей среды и температурой жидкого гелия. Инженеры разработали гелиевые рефрижераторы мощностью до 1 кВт для криовакуумирования камер, моделирующих космические условия.

Цель образования в области криогенной техники – дать введение в эти инженерные аспекты и возможности криогеники. Основное внимание уделяется проектированию и анализу систем, используемых для получения, поддержания и применения низких температур. В обязательную подготовку входит изучение материалов основных инженерных дисциплин термодинамики, теплопередачи, гидродинамики и механики твердого тела.

Хотя усилия, направленные на исследование в космосе и соответствующее широкое использование НАСА криожидкостей в космических кораблях, пошли несколько на убыль по сравнению с максимумом, приходящимся на 1960-е годы, применение криогеники распространилось на самые различные области науки и техники. Для криогенной техники 1970-е годы можно назвать «десятилетием завоевания новых областей».

Энергетический кризис привлек болезненное внимание всего мира в 1970-х годах, а криогенная техника оперативно откликнулась быстрой разработкой технологии LNG и применением сверхпроводимости в преобразовании энергии (магниты для МГД и термоядерного синтеза, крупные вращающиеся машины и т. д.). В течение 1980-х годов продолжались исследования, направленные на сочетание очень низких температур сверхпроводящих магнитов и очень высоких температур плазмы в системах термоядерного синтеза с целью получения более эффективных источников энергии. Жидкий водород нашел применение в качестве автомобильного топлива в течение 1970-х и 1980-х годов, и есть определенная надежда, что с уменьшением поступления нефти мы будем управлять автомобилями с «криогенным тигром в баках», поскольку криогеника завоевывает рынок топлива для транспортных средств.

В 1975 г. состоялась Первая международная конференция по материалам криогеники в Королевском университете в Кингстоне (Онтарио, США) наряду с Конференцией по криогенной технике 1975 г., которая отметила на этом собрании 20-летний юбилей. Интерес к разработке и применению материалов криогеники в течение 1970-х годов возрос до такой степени, что специальная конференция, посвященная сверхпроводящим материалам и другим проблемам материалов, была утверждена как самостоятельная конференция.

Сообщество криогеников отмечало свое первое столетие на Конференции по криогенной технике 1977 г., посвященной теме «Криогеника: столетие развития многообещающие возможности». Прошло только 100 коротких лет до этой конференции с того момента, когда Кайете и пикте впервые получили жидкий кислород.

В 1970-1980-х годах были разработаны новые холодильные криогенные циклы для температур между температурой жидкого азота и жидкого гелия. Рефрижератор растворения, например, был принят как важнейший практический рефрижератор для милликельвинного температурного интервала.

В настоящее время в различных отраслях народного хозяйства: металлургии, энергетике, ракетно-космической технике, в авиации и сельском хозяйстве, при проведении сложных физических экспериментов, в медицине и биологии широко используются криогенные системы и криопродукты. Все возрастающий интерес к использованию криогенных систем в науке, технике и технологии обусловлен, с одной стороны, прогрессирующим развитием криогеники, с другой - теми экономическими, технологическими и техническими преимуществами, а также новыми открытиями, которые сулит использование криотемператур во всех сферах практической деятельности.

Публикуется по изданию: Баррон Р. Криогенные системы: Пер. с англ. 2-е изд. М: Энергоатомиздат, 1989. - 408 с.

Следующая страница: Татьяна Латукова. Талисман