Слайд 2
Вступна лекція
Загальна інформація про кріогеніку
Історія розвитку кріогеніки
Сучасні галузі
промисловості та науки, де застосовується кріогенна техніка
Слайд 3
Визначення
Кріогенна техніка та технологія, або як її інакше
називають кріогеніка
(з грецької krýos – холод, -genes –
породження) – наука про одержання (кріогенна техніка) та використання (кріогенна технологія) низьких температур.
Слайд 4
Об’єкт дослідження – кріогенні системи
Кріогенна система – група
компонентів, що взаємодіють між собою та перебувають при кріогенних
температурах.
Слайд 5
Область кріогенних температур
XIII конгрес з холоду у 1971
році ухвалив рішення: вважати областю кріогенних температур зону нижче
за 120 К (–153°С).
Температури кипіння звичних холодоагентів (аміак, фреони) лежать вище за цю точку, а нормальні температури зрідження найпоширеніших газів (азот, кисень, водень, гелій та ін.) – нижче за неї.
Слайд 6
Задача кріогеніки
Розроблення та вдосконалення низькотемпературних технологій, процесів і
обладнання
Слайд 7
Споріднені науки
Кріофізика – фундаментальні дослідження у кріогенній області
Кріобіологія
– досліджує властивості біологічних об’єктів при кріогенних температурах
Кріомедицина
– розробляє методи лікування з використанням кріотехнологій
Кріоелектроніка – використовує кріогенні технології для створення електронних пристроїв
Слайд 8
Історія розвитку кріогеніки
1823
Майкл Фарадей (Англія) довів можливість
зрідження газів та отримав рідкий хлор
Слайд 9
Історія розвитку кріогеніки
Середина ХІХ ст
Постійні гази, що на
думку вчених взагалі не можуть бути зріджені:
Повітря
Водень
Кисень
Азот
Вуглекислий газ
Монооксид вуглецю
Слайд 10
Історія розвитку кріогеніки
1877
Гірничий інженер Луї Поль Кайєте
(Франція) одержав туман з крапель рідкого кисню (90 К)
шляхом попереднього охолодження посудини зі стисненим до 30 МПа киснем та подальшим раптовим розширенням кисню. Доведено можливість зрідження постійних газів.
Слайд 11
Історія розвитку кріогеніки
1877
Рауль Пікте (Швейцарія) одержав туман
з рідкого кисню (90 К), використавши каскадну холодильну машину
Слайд 12
Історія розвитку кріогеніки
1883 – 1884
Кароль Вроблевський та
Зігмунд Ольшевський створили лабораторію з фізики низьких температур у
Краківському університеті (Польща), у якій одержали рідкий кисень у вигляді “спокійно киплячої у дослідній трубі рідини” у кількості достатній для вивчення його властивостей. Спосіб – одноразове адіабатне розширення стисненого газу, охолодженого киплячим під вакуумом етиленом. Через кілька днів на тій самій установці одержаний рідкий азот (77 К). Згодом зріджено водень.
Слайд 13
Історія розвитку кріогеніки
1892
Джеймс Дьюар, професор хімії Королівського
університету (Лондон) винайшов посудину з вакуумованими стінками для зберігання
кріорідин (посудина Дьюара).
Слайд 14
Історія розвитку кріогеніки
1895-1896
Карл Лінде (Німеччина) та
Вільям Хемпсон (Англія) побудували лабораторні зріджувачі повітря безперервної дії.
Лінде одержав патент на зрідження повітря. Заснована ним Linde Company – одна з провідних у кріогеніці.
Слайд 15
Історія розвитку кріогеніки
1895
Хайк Камерлінг Онесс заснував фізичну
лабораторію у Лейденському університеті (Голандія). У ній у 1908
р одержано рідкий гелій (близько 60 см3) (4 К), до 1919 р. продуктивність зріджувачів гелію сягнула 2 л/год.
Слайд 16
Історія розвитку кріогеніки
1898
Джеймс Дьюар одержав 20 см3 рідкого
водню, що вільно кипів у вакуумно ізольованій трубі (20,5
К). Через кілька місяців він одержав твердий водень (14 К).
Слайд 17
Історія розвитку кріогеніки
1902–1906
Ж. Клод (Франція) зрідив
повітря в установці з детандером та вдосконалив процес розділення
повітря в ректифікаційній колоні з дефлегматором.
Слайд 18
Історія розвитку кріогеніки
1910
У Лейденському університеті під час
спроби отримання твердого гелію протягом тривалого часу підтримували рекордно
низьку температуру 1,04 К. Але твердий гелій не отримали, бо для цього потрібен був тиск > 25 атм.
Слайд 19
Історія розвитку кріогеніки
1911
Хайк Камерлінг Онесс відкрив
явище надпровідності – повної втрати металом електричного опору. За
це він отримав Нобелівську премію у 1913 році
Слайд 20
Історія розвитку кріогеніки
1912
Побудовано промислові установки розділення повітря
(Німеччина, Франція).
1915
К. Лінде одержав аргон шляхом ректифікації аргонової
фракції
Слайд 21
Історія розвитку кріогеніки
1921
У США створено гелієві
заводи продуктивністю до 1000 м3/добу
1926 – 1932
Френсіс Саймон
зрідив гелій методом адіабатної десорбції, а згодом – одноступеневим адіабатним розширенням
Слайд 22
Історія розвитку кріогеніки
1929-1930
Володимир Глушко, Фрідрих Цандер, Сергій
Корольов створили рідинні ракетні двигуни, окисником у яких був
рідкий кисень
Слайд 23
Історія розвитку кріогеніки
1932
Віллем Кеезом (Нідерланди) шляхом вакуумування
рідкого гелію досягнув температури 0,71 К.
1930–50-ті
Активний розвиток ракетної
техніки потребував вироблення зрідженого кисню у промислових масштабах. Активний розвиток киснедобувної промисловості у світі
Слайд 24
Історія розвитку кріогеніки
1934
Петро Капіца (СРСР - Англія)
побудував зріджувач гелію з детандером (11 К). У 1939
р. він розробив активно-реактивний турбодетандер та здійснив розділення повітря на основі циклу низького тиску
Слайд 25
Історія розвитку кріогеніки
1948
У Лос-Аламоській лабораторії (США)
отримано рідкий гелій-3 (0,25 К)
Слайд 26
Історія розвитку кріогеніки
1954
Д.Доунт, К.Барнес, К.Хір за допомогою
розробленого ними магнітного кріорефрижератора отримали стійкі температури 0,2...0,3 К
та короткочасні температури 0,0114 К
Слайд 27
Історія розвитку кріогеніки
1955–1958
У СРСР винайдено промисловий спосіб
виділення дейтерію з водню (М.П.Малков)
Слайд 28
Історія розвитку кріогеніки
1965 – 1970
Початок практичного використання
над-провідності у електричних машинах. До 1985 року їх потужність
зросла до 500 МВт
Слайд 29
Історія розвитку кріогеніки
1980–1985
У СРСР розроблені надпровідні установки
для прискорювачів заряджених часток та плазмових систем
Слайд 30
Історія розвитку кріогеніки
1986
Карл Мюллер (Швейцарія) та Йоханес
Георг Беднорц (Німеччина) встановили, що керамічний провідник, збудований з
атомів лантану, барію, міді та кисню має температуру переходу у надпровідний стан 35 К – відкриття високотемпературної надпровідності.
Зараз критична температура сягнула 164 К – вийшла за межі кріогенної області.
Слайд 31
Історія розвитку кріогеніки
1995
Карл Віман та Ерік Корнелл
(Університет штату Колорадо, США) шляхом розмагнічування ядер рубідію досягли
найнижчої на сьогодні температури 5,9·10-12 К та виробили конденсат Бозе-Ейнштейна – бозонну квантову рідину
Слайд 32
Застосування кріогеніки
Отримання, зрідження, зберігання газів
Фізичні дослідження
Надпровідні технології
Вакуумна техніка
Електроніка,
комп’ютерна техніка
Авіація, ракетно-космічна техніка
Медицина, біологія, сільське господарство
Харчова промисловість
Утилізація відходів
Слайд 33
Отримання, зрідження, зберігання, використання газів
Розділення газових сумішей (повітря,
природний газ, коксовий газ та ін.)
Отримання газів (азот, кисень,
водень, інертні гази)
Зрідження природного газу для транспортування та зберігання
Слайд 34
Отримання, зрідження, зберігання, використання газів
Кріорезервуар для зрідженого азоту
(Гродно, Білорусь)
Кріорезервуари для зрідженого кисню
(Байконур, Казахстан)
Слайд 35
Фізичні дослідження
Дослідження властивостей матеріалів
Оптика
Електромагнітні дослідження
Ядерна фізика
Дослідження елементарних часток
Слайд 36
Надпровідні технології
Потужні ЛЕП та струмопідведення (до 10 ГВт)
Потужні
генератори, електродвигуни трансформатори
Вимірювальні прилади
Потужні магнітні соленоїди
Слайд 37
Вакуумна техніка
Частина системи азотно-гелієвого кріорефрижератора Великого адронного колайдера
Створення
надглибокого вакууму
Кріовакуумна установка – імітатор космічного простору для випробування
елементів космічних апаратів
Слайд 38
Електроніка, комп’ютерна техніка
Охолодження комп’ютерного процесора Pentium IV зрідженим
азотом для досягнення частоти 5,2 ГГц
Слайд 39
Авіація, ракетно-космічна техніка
Рідинні реактивні двигуни для літаків та
ракет
(LH2 – LO2)
Зліва – Вернер фон Браун та ракетоносій
Saturn-5 (1967)
Зправа – ракетоносій Союз (1957)
Слайд 40
Медицина, біологія
Кріотерапія
Кріохірургія
Кріоанестезія
Косметологія
Зберігання біологічних матеріалів
МРТ-діагностика
Слайд 41
Кріотехнології у харчовій промисловості
Сублімаційне висушування
Кріогрануляція
та інші
Кріозаморожування
Кріоподрібнення
Слайд 42
Інші галузі
Кріоподрібнення для утилізації гумових покришок
Автомобілі на
водні (BMW Hydrogen 7) та рідкому азоті (Україна, США,
Велика Британія)