Самостійна робота № 18

Глибоке охолодження. Принципи одержання глибокого холоду.

Глибоке охолодження охолодження речовин з метою отримання та практичного використання температур , що лежать нижче 170 К. Г. о. забезпечується робочими речовинами , критична температура яких лежить нижче 0 ° С ( 273,15 К) , - повітрям , азотом , гелієм і ін Область Г. о. ділиться на три температурні зони: перша - від 170 К до 70 К , друга - від 70 К до 0,5 К - зазвичай називається кріогенної (грец. krэos - холод , - genes - породжує) , третя - наднизькі температури (нижче 0,5 К).

         Г. о. здійснюють наступними способами : охолодження газу при його дроселюванні (див. Джоуля - Томсона ефект) ; розширення газу або пари з вчиненням зовнішньої роботи ; адиабатическое розмагнічування (див. Магнітне охолоджування ) , останній спосіб використовується для створення наднизьких температур. Основне призначення Г. о. - Зріджування газів і розділення газових сумішей. Найважливіше з них - поділ повітря на складові частини. Повітророзподільну установки виробляють : технічний кисень ( О2 - 99,2 , 99,5 і 99,7 %) , технологічний кисень ( O2 - 95 %) і чистий азот ( N2 - 99,998 %). Розрізняють 3 типи повітророздільних установок для отримання: газоподібного кисню під атмосферним тиском , газоподібного кисню під підвищеним тиском і рідкого кисню або рідкого азоту. Одночасно на установках , застосовуючи відповідні пристрої , можна отримувати сирої аргон , первинний концентрат криптону , а також неоно - гелієву суміш.

         Велике значення Г. о. має при витяганні гелію з природних газів , при поділі коксового газу , газів крекінгу і піролізу нафти.

         Рідкий азот широко застосовується в медицині та біології для консервації і тривалого (до декількох років) зберігання крові , кісткового мозку , кровоносних судин і м'язової тканини; використовується при зберіганні та перевезенні харчових продуктів в автомобільних і залізничних холодильниках , де він замінює ледо - соляні охолоджувачі і холодильні установки помірного холоду. У 60 - початку 70 -х рр. . найбільшим споживачем зріджених газів стала ракетна техніка. Щомісячна потреба рідкого кисню для цих цілей в США перевищує 4 тис. т. Застосування рідкого водню як палива та рідкого кисню як окислювача дозволяє довести питомий імпульс ракетного двигуна до 450 сек замість 280 сек. Розробляється можливість використання шугообразного водню і атомарного водню , який може зберігатися в твердому стані при температурі 4,2 К. Дуже перспективні для підвищення питомої тяги рідкий озон і фтор. Важливе значення має Г. о. в атомній техніці , де найважливіший продукт ядерної енергетики - дейтерій - виходить за методом низькотемпературної дистиляції. Рідкі водень і ксенон в ядерній техніці служать для заповнення бульбашкових камер (Див. Бульбашкова камера) . Рідкий гелій , водень і неон знаходять широке застосування в кріогенної вакуумній техніці . Для Г. о. різних середовищ все більшого поширення набувають мікрокріогенние охолоджуючі пристрої . З їх допомогою проводиться охолодження до температури 77-1,7 К, наприклад , детекторів інфрачервоного випромінювання , квантових генераторів ( Лазерів ) , чутливих напівпровідникових приладів , у тому числі електронних обчислювальних машин , надпровідних пристроїв , антен та ін радіоелектронних систем космічної техніки та наддалекого зв'язку . Застосовуються мікрокріогенние пристрої дросельного і машинного типу з компресором і детандером . Мікроохолоджувачі такого типу , вільно поміщається на долоні , забезпечує холодопродуктивність в кілька вт , маса його 200-300 г. Розробляються мікрокріогенние системи , джерелом охолодження в яких служать сублімується затверділі гази - метан , азот , аргон або водень.

         Перспективно застосування Г. о. в енергетиці. Охолодження провідників електричних турбогенераторів , електродвигунів , трансформаторів , магнітів і накопичувачів енергії дозволяє в кілька (5-6) разів зменшити масу цих машин і габаритні розміри , збільшити одиничну потужність , різко зменшити електричний опір (до 800 разів). Г. о. наддалеких електричних ліній передач , наприклад з Сибіру до Європи , дозволить значно скоротити масу електричних проводів , зменшити витрату енергії на омічний опір і розсіювання в атмосферу , а також збільшити потужність переданої енергії за рахунок збільшення щільності струму. Загальна вартість енергетичної установки зі надпровідниками і системою охолодження , наприклад великого надпровідного соленіода , в 2-10 разів менше звичайної .

         Вельми перспективне використання зріджених газів (наприклад , водню і кисню) в електрохімічних генераторах ( паливних елементах ) .

         Літ . : Клод Ж. , Рідке повітря , пров. з франц. , Л. , 1930 ; Кеєзом В. , Гелій , пров. з англ. , М. , 1949 ; Герш С. Я. , Глибоке охолодження , 3 вид. , ч. 1-2 , М.-Л. , 1957-60 ; Розділення повітря методом глибокого охолодження , т. 1-2 , М. , 1964 ; Техніка низьких температур , М. - Л. , 1964 ; Нові напрямки кріогенної техніки , пров. з англ. , М. , 1966 ; Фастівський В. Г. , Петровський Ю. В. , Ровінський А. С. , Кріогенна техніка , М. , 1967 ; Кріогенна техніка за кордоном , М. , 1967 .