Istorija i koncept Kriogenike

William Cullen (1710–1790)

    Reč cryo potice od grcke reči kruos, sto znači ledeno hladno. Kriogene temperature se obično smatraju temperature ispod -150°C, što podrazumeva normalnu temperaturu ključanja za većinu gasova koji se koriste u kriogenici (helijum, vodonik, neon, azot, kiseonik i vazduh) dok većina komercijalnih fluida ima normalnu temperaturu ključanja iznad te vrednosti.

Kriogeno inženjerstvo podrazuvema tehnologiju i razvoj opreme i komponenata koji proizvode, održavaju i primenjuju te temperature.
Po svojoj suštini slično je tehnologiji hlađenja koja se prva pojavila i bila je smišljena sa namerom očuvanja hrane.
Istorijski led je očigledan i prirodan instrument kriogene tehnologije. Dugo vremena je industrija leda bila izuzetna u očuvanju hrane, ali u isto vreme bilo je skupo dobiti, nabaviti, spremiti, poslati i skladištiti led.
Reč hlađenje kao inženjerski pojam se pojavljuje negde u toku sedamnaestog veka.

U osamnaestom veku imamo William Cullen (1710-1790) koji prvi demonstrira principe veštačkog hlađenja 1748. godine tako što je dozvolio etil etru da ključa u vakumu.
Koristio je pumpu da napravi parcijalni vakum u posudi sa diethil eterom, koji je tada ključao apsorbujući toplotu iz okolnog vazduha.
I ako je eksperiment stvorio malu količinu leda i nije imao značajnu praktičnu primenu, koncept hlađenja prouzrokovan naglom ekspanzijom gasa ostaje primarno sredstvo rashlađivanja danas.
Pošteno je reći da je Cullen postavio osnove modernog hlađenja.

Vazduh koji udišemo je prvi put likvificiran 1883. od strane poljskog naučnika Olszewski.

Deset godina kasnije likvificiran je vodonik, za to je zaslužan britanski naučnik Sir James Dewar.

1908. danski fizičar Kamerlingh Onnes likvificira helijum.

Na početku dvadesetog veka, polje kriogenike je obuhvatalo tehnologiju dobijanja tečnog vazduha za Evropsku proizvođače čelika i par mađioničarskih trikova (lomljenje zaleđene ruže i slično). Danas se isto rade razni trikovi uz pomoć kriogenike, ali se ona značajno proširila na razne oblasti primene, od lečenja ljudi do istraživanja univerzuma.

Nažalost, pojam Kriogenike se meša sa pojmom Krionike (smrzavanje na niskim temperaturama i očuvanje bioloških tkiva), Krionika je samo delić ili grana Kriogenike.

Kao i sve naučne discipline razvija se u sprezi idealističke potrebe za istraživanjem i praktičnog preduzetništva i vojne doktrine.

Cilj mi je da kroz ovaj deo bloga pređem kroz pitanja helijuma, vodonika, neona, azota, kiseonika, vazduha, ugljen monoksida, fluora, argona, metana, ksenona i kriptona.

Primeri temperatura ključanja:

Amonijak                     239,8K (-33,3°C)

Hlor                             239,1K (-34,0°C)

Suvi led (CO2)            163,1K (-110°C)

Etar                             163,1K (-110°C)

Kiseonik                        90,1K (-182,9°C)

Ugljen monoksid           81,6K (-191,5°C)

Azot                              77,3K (-195,7°C)

Vodonik                         20,2K (-252,8°C)

Helijum                          4,22K (-267,96°C)

Hronologija kriogene tehnologije

1877 Cailletet i Pictet likvifikuju kiseonik.

1879 Linde osniva Linde Eismaschinen AG.

1883 Wroblewski i Olszewski potpuno likvifikuju azot i kiseonik na Cracow University Laboratoriji.

1884 Wroblewski proizvodi maglu tečnog vodonika.

1892 Dewar istražio vakumski izolovanu posudu za smeštaj kriogenih fluida.

1895 Onnes osniva Leiden Laboratoriju. Linde dobija odobrenje na bazični patent likvifikacije vazduha u Nemačkoj.

1898 Dewar proizvodi tečni vodonik na Royal Institute of London.

1902 Claude osniva l'Air Liquide i istražio sistem za likvifikaciju vazduha koristeći ekspanzionu mašinu.

1907 Claude proizvodi neon kao nus produkt postrojenja za likvifikaciju vazduha.

1908 Onnes likvificija helijum.

1910 Linde istražio dvostubni sistem za separaciju vazduha.

1911 Onnes otkriva superprovodljivost.

1926 Goddard testira prvu raketu pogonjenu kriogenim gorivom. Hlađenje adijabatskom demagnetizacijom nezavisno predstavili Giauque i Debye.

1933 Magnetno hlađenje primenjeno za postizanje temperature od 1K.

1934 Kapitza izumeo i sagradio prvu ekspanzionu mašinu za helijum.

1937 Evakuirana praškasta izolacija prvi put korištena u komercijalnim razmerama u posudama za skladištenje kriogenih tečnosti.

1939 Prvi vakumski izolovani željeznički vagon cisterna napravljen za transport tečnog kiseonika.

1942 Test ispaljivanje V2 rakete.

1947 Istražen Collins kriostat.

1957 Fundamentalna teorija superprovodljivosti prezentovana.

1966 Hladnjak koji koristi mešavinu He3 i He4 istražen (Hall, Neganov),

1975 Postignuta rekordno visoka supravodljiva prelazna temperatura (23K).