Большая советсткая энциклопедия Глубокое охлаждение

Глубокое охлаждение

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. 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.