Глубокое охлаждение

охлаждение веществ с целью получения и практического использования температур, лежащих ниже 170 К. Г. О. Обеспечивается рабочими веществами, критическая температура которых лежит ниже 0°С (273,15 К), — воздухом, азотом, гелием и др. Область Г. О. Делится на три температурные зоны. Первая — от 170 К до 70 К, вторая — от 70 К до 0,5К — обычно называется криогенной (греч. Krýos — холод, -genes — рождающий), третья — сверхнизкие температуры (ниже 0,5 К). Г. О. Осуществляют следующими способами. Охлаждение газа при его дросселировании (см. Джоуля - Томсона эффект). Расширение газа или пара с совершением внешней работы. Адиабатическое размагничивание (см. Магнитное охлаждение), последний способ используется для создания сверхнизких температур.

Основное назначение Г. О. — Сжижение газов и разделение газовых смесей. Важнейшее из них — разделение воздуха на составные части. Воздухоразделительные установки производят. Технический кислород (О2 — 99,2, 99,5 и 99,7%), технологический кислород (O2 — 95%) и чистый азот (N2 — 99,998%). Различают 3 типа воздухоразделительных установок для получения. Газообразного кислорода под атмосферным давлением, газообразного кислорода под повышенным давлением и жидкого кислорода или жидкого азота. Одновременно на установках, применяя соответствующие устройства, можно получать сырой аргон, первичный концентрат криптона, а также неоно-гелиевую смесь. Большое значение Г. О. Имеет при извлечении гелия из природных газов, при разделении коксового газа, газов крекинга и пиролиза нефти.

Жидкий азот широко применяется в медицине и биологии для консервации и длительного (до нескольких лет) хранения крови, костного мозга, кровеносных сосудов и мышечной ткани. Используется при хранении и перевозке пищевых продуктов в автомобильных и ж.-д. Холодильниках, где он заменяет ледо-соляные охладители и холодильные установки умеренного холода. В 60 — начале 70-х гг. Крупнейшим потребителем сжиженных газов стала ракетная техника. Ежемесячная потребность жидкого кислорода для этих целей в США превышает 4 тыс. Т. Применение жидкого водорода в качестве топлива и жидкого кислорода в качестве окислителя позволяет довести удельный импульс ракетного двигателя до 450 сек вместо 280 сек. Разрабатывается возможность использования шугообразного водорода и атомарного водорода, который может храниться в твёрдом состоянии при температуре 4,2 К.

Весьма перспективны для повышения удельной тяги жидкий озон и фтор. Важное значение имеет Г. О. В атомной технике, где важнейший продукт ядерной энергетики — дейтерий — получается по методу низкотемпературной дистилляции. Жидкие водород и ксенон в ядерной технике служат для заполнения пузырьковых камер (См. Пузырьковая камера). Жидкий гелий, водород и неон находят широкое применение в криогенной вакуумной технике. Для Г. О. Различных сред всё большее распространение получают микрокриогенные охлаждающие устройства. С их помощью производится охлаждение до температуры 77—1,7 К, например, детекторов инфракрасного излучения, квантовых генераторов (Лазеров), чувствительных полупроводниковых приборов, в том числе электронных вычислительных машин, сверхпроводящих устройств, антенн и др.

Радиоэлектронных систем космической техники и сверхдальней связи. Применяются микрокриогенные устройства дроссельного и машинного типа с компрессором и детандером. Микроохладитель такого типа, свободно помещающийся на ладони, обеспечивает холодопроизводительность в несколько вт, масса его 200—300 г. Разрабатываются микрокриогенные системы, источником охлаждения в которых служат сублимирующие отверждённые газы — метан, азот, аргон или водород. Перспективно применение Г. О. В энергетике. Охлаждение проводников электрических турбогенераторов, электродвигателей, трансформаторов, магнитов и накопителей энергии позволяет в несколько (5—6) раз уменьшить массу этих машин и габаритные размеры, увеличить единичную мощность, резко уменьшить электрическое сопротивление (до 800 раз).

Г. О. Сверхдальних электрических линий передач, например из Сибири в Европу, позволит значительно сократить массу электрических проводов, уменьшить расход энергии на омическое сопротивление и рассеяние в атмосферу, а также увеличить мощность передаваемой энергии за счёт увеличения плотности тока. Общая стоимость энергетической установки со сверхпроводниками и системой охлаждения, например крупного сверхпроводящего солениода, в 2—10 раз меньше обычной. Весьма перспективно использование сжиженных газов (например, водорода и кислорода) в электрохимических генераторах (топливных элементах). Лит. Клод Ж., Жидкий воздух, пер. С франц., Л., 1930. Кеезом В., Гелий, пер. С англ., М., 1949. Герш С. Я., Глубокое охлаждение, 3 изд., ч.

1—2, М.—Л., 1957—60. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения, т. 1—2, М., 1964. Техника низких температур, М. — Л., 1964. Новые направления криогенной техники, пер. С англ., М., 1966. Фастовский В. Г., Петровский Ю. В., Ровинский А. С., Криогенная техника, М., 1967. Криогенная техника за рубежом, М., 1967. И. П. Вишнёв..