저온학

Cryogenics
인간의 냉동 보존에 대해서는 냉동 보관을 참조하십시오.대역은 저온(밴드)을 참조하십시오.
"저온 물리학"은 여기서 리다이렉트됩니다.저널은 저온 물리학(저널)을 참조하십시오.
액체 질소
이것은 차가운 거울과 기구를 필요로 하는 적외선 우주 망원경의 다이어그램입니다.한 악기는 더 차가워야 하는데, 그것은 극저온 냉각기를 가지고 있다.이 기구는 지역 1에 있고 극저온 냉각기는 우주선의 따뜻한 지역 3에 있습니다.(MIRI(중적외선 계측기) 또는 James Webb 우주 망원경 참조)
중형 디워는 더 큰 극저온 저장 탱크에 의해 액체 질소로 채워지고 있습니다.

물리학에서 저온에서 저온에서 물질의 생산과 거동을 말합니다.

제13회 IIR 국제 냉동 [1][2][3]콩그레스(1971년 워싱턴 DC에서 개최됨)는 기존의 냉동과 구별하기 위해 120K(또는 –153°C)의 임계값을 허용함으로써 "저온"과 "저온"의 보편적인 정의를 승인했습니다.이른바 영구 가스(헬륨, 수소, 네온, 질소, 산소 및 일반 공기)의 정상 비등점이 120K 미만인 반면 프레온 냉매, 탄화수소 및 기타 일반적인 냉매는 120K[clarification needed] [4][5]이상 비등점이 있기 때문에 이는 논리적인 구분선입니다.미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)는 저온학 분야를 -180°C(93 K; -292°F) 미만의 온도와 관련된 분야로 간주합니다.

액체 질소의 비등점보다 훨씬 높은 임계 온도를 가진 초전도 물질의 발견은 고온 극저온 냉동 제조를 위한 신뢰할 수 있는 저비용 방법에 대한 새로운 관심을 불러일으켰다."고온 극저온"이란 액체 질소의 비등점인 -195.79°C(77.36K; -320.42°F) 이상에서 최대 -50°C(223K; -58°F)[6]까지의 온도를 말한다.

저온학자들은 해수면의 물의[7][8] 빙점으로부터 측정하는 섭씨나 [9][10]해수면의 특정 염수 용액의 빙점으로부터 측정하는 화씨 같은 일반적인 척도보다는 절대 영도에서 측정하는 켈빈 또는 랭킨 온도 척도를 사용합니다.

정의와 구별

저온학
매우 낮은 온도(초저온, 즉 123 켈빈 이하)에 대한 연구, 제조 방법 및 그 온도에서 재료가 어떻게 동작하는지에 관한 공학 분야입니다.
저온생물학
저온이 유기체에 미치는 영향을 연구하는 생물학 분야(대부분의 경우 저온 보존을 목적으로 함).
동물 유전자원의 저온 보존
품종을 보존할 목적으로 유전 물질을 보존하는 것.
저온 수술
암세포와 같은 조직을 파괴하고 죽이기 위해 극저온 온도를 적용하는 수술 분야입니다.
크라이오일렉트로닉스
극저온에서의 전자현상에 대한 연구.예를 들어 초전도 및 가변 범위 호핑이 있습니다.
크라이오닉스
미래의 부활을 위해 인간과 동물을 저온 보존하는 것."크리오닉스"[11]는 대중문화와 언론에서 "크리오닉스"라는 뜻으로 잘못 쓰이기도 한다.

어원학

저온학이라는 단어는 그리스어로 "cryos" – "cold" + "cryos" – "genis" – "generating" 에서 유래했습니다.

극저온 유체

끓는점이 켈빈 [12]단위인 극저온 유체.

유체 비등점(K)
헬륨-3 3.19
헬륨-4 4.214
수소 20.27
네온 27.09
질소 77.09
항공사 78.8
불소 85.24
아르곤 87.24
산소 90.18
메탄 111.7

산업용 응용 프로그램

극저온 밸브
상세 정보:저온 기술 연대표

액체 질소 및 액체 헬륨과 같은 액화 가스는 많은 극저온 용도에 사용됩니다.액체 질소는 저온학에서 가장 일반적으로 사용되는 원소이며 전 세계에서 합법적으로 구입할 수 있습니다.액체 헬륨도 일반적으로 사용되며 최저 온도에 도달할 수 있습니다.

이러한 액체는 Dewar 플라스크에 저장할 수 있습니다. Dewar 플라스크는 벽 사이에 진공이 높은 이중 벽 용기이며 액체로의 열 전달을 줄입니다.일반적인 실험실 Dewar 플라스크는 구형으로 유리로 만들어지며 금속 외부 용기에 담겨 보호됩니다.액체 헬륨과 같은 극저온 액체를 위한 듀어 플라스크에는 액체 질소가 채워진 또 다른 이중 벽 용기가 있습니다.듀어 플라스크는 수소를 처음 액화한 발명가 제임스 듀어의 이름을 따서 붙여졌다.보온병은 보호 케이스에 장착되는 작은 진공 플라스크입니다.

극저온 바코드 라벨은 이러한 액체가 함유된 Dewar 플라스크를 표시하기 위해 사용되며 [13]-195도까지 성에가 끼지 않습니다.

극저온 이송 펌프는 극저온 밸브와 마찬가지로 액화 천연가스를 LNG 운반선에서 LNG 저장 탱크로 이송하기 위해 LNG 교각에서 사용되는 펌프입니다.

극저온 가공

과학자들이 낮은 온도로 얼린 금속이 마모에 더 강한 저항력을 보인다는 것을 발견했을 때, 저온학 분야는 제2차 세계대전 동안 발전했다.이 극저온 경화 이론을 바탕으로 1966년 Ed Busch에 의해 상업적인 극저온 가공 산업이 설립되었습니다.열처리 산업에 종사한 Busch는 1966년 디트로이트에 CryoTech라는 회사를 설립하여 1999년 300 Below와 합병하여 세계에서 가장 크고 오래된 상업용 극저온 가공 [citation needed]회사가 되었습니다.Busch는 원래 열처리가 [citation needed]아닌 극저온 템퍼링을 사용하여 금속 공구의 수명을 원래 예상 수명의 200~400%까지 늘릴 수 있는 가능성을 실험했습니다.이것은 1990년대 후반에 다른 부위의 치료로 발전했다.

액체 질소와 같은 극저온 물질은 특수 냉각 및 냉동 용도로 추가로 사용됩니다.인기 있는 스타틴 약물의 활성 성분을 생산하는 데 사용되는 화학 반응과 같은 일부 화학 반응은 약 -100°C(-148°F)의 저온에서 발생해야 한다.특수 극저온 화학반응로는 반응열을 제거하고 저온 환경을 제공하기 위해 사용된다.백신과 같은 식품과 생명공학 제품의 동결은 송풍 동결 또는 침지 동결 시스템에 질소를 필요로 한다.일부 연질 또는 탄성 재료는 매우 낮은 온도에서 단단하고 부서지기 쉬우므로 고온에서 쉽게 제분할 수 없는 일부 재료의 극저온 밀링(크라이밍)이 선택사항이 됩니다.

극저온 가공은 열처리를 대신하는 것이 아니라 가열-담금질-온도 주기의 연장선이다.일반적으로 항목이 담금질될 때 최종 온도는 주변 온도입니다.유일한 이유는 대부분의 열처리기에 냉각 장비가 없기 때문입니다.주변 온도에 관해 야금학적으로 중요한 것은 없다.저온 프로세스는 외부 온도에서 -320°F(140°R, 78K, -196°C)까지 이 작용을 계속합니다.대부분의 경우 극저온 사이클은 열 조절 절차에 따릅니다.모든 합금은 동일한 화학 성분을 가지고 있지 않기 때문에, 템퍼링 절차는 재료의 화학 성분, 열 이력 및/또는 공구의 특정 서비스 용도에 따라 달라집니다.

전체 과정은 3~4일이 소요됩니다.

연료

저온학의 또 다른 용도는 액체 수소를 사용하는 로켓의 극저온 연료이다.액체 산소(LOX)는 훨씬 더 널리 사용되지만 연료가 아닌 산화제로 사용됩니다.NASA의 말 우주왕복선은 극저온 수소/산소 추진제를 궤도에 진입하는 주요 수단으로 사용했다.LOX는 또한 세르게이 코롤레프가 소련 우주 프로그램을 위해 만든 로켓과 같은 비초음압 탄화수소인 RP-1 등유와 함께 널리 사용된다.

러시아 항공기 제조업체인 투폴레프는 Tu-155로 알려진 극저온 연료 시스템을 갖춘 인기 있는 디자인의 Tu-154를 개발했다.이 비행기는 액화천연가스 또는 LNG라고 불리는 연료를 사용하며 1989년에 첫 비행을 했다.

기타 응용 프로그램

초대형 망원경의 천문기기는 연속류 냉각 [15]시스템을 갖추고 있다.

저온학의 일부 응용 프로그램:

  • 핵자기공명(NMR)은 자기장에서 흡수된 무선 주파수와 그에 따른 핵의 이완을 감지하여 원자의 물리적 및 화학적 특성을 결정하는 가장 일반적인 방법 중 하나이다.이것은 가장 일반적으로 사용되는 특성화 기법 중 하나이며 다양한 분야에서 응용되고 있습니다.강한 자기장은 주로 극저온 물질을 필요로 하지 않는 분광계가 있지만 전자석을 과냉각함으로써 발생합니다.기존 초전도 솔레노이드에서는 내부 코일의 비등점이 주변 압력에서 약 4K이기 때문에 내부 코일을 냉각하는 데 액체 헬륨이 사용됩니다.코일 배선에는 값싼 금속 초전도체를 사용할 수 있다.이른바 고온 초전도 화합물은 약 77K에서 끓는 액체 질소를 사용하여 초전도체를 만들 수 있다.
  • 자기공명영상(MRI)은 NMR의 복잡한 응용으로, 강한 자기장에서 무선주파수 펄스에 의해 교란된 양성자의 이완을 검출함으로써 공명의 형상이 디콘볼루션되어 물체를 촬영하는 데 사용됩니다.이것은 건강 어플리케이션에서 가장 일반적으로 사용됩니다.
  • 대도시에서는 가공 케이블로 송전이 어렵기 때문에 지하 케이블을 사용하고 있습니다.하지만 지하 케이블이 가열되고 전선의 저항이 증가하여 전력 낭비를 초래합니다.초전도체는 동력 전달을 증가시키기 위해 특수 합금 함유 케이블을 냉각하기 위해 질소나 헬륨과 같은 극저온 액체가 필요하지만 전력 처리량을 증가시키기 위해 사용될 수 있습니다.여러 가지 타당성 연구가 수행되었으며, 이 분야는 국제 에너지 기구 내 협정의 대상이다.
미시간주 입실란티 슈퍼마켓의 극저온 가스 배달 트럭
  • 극저온 가스는 냉동식품의 대량 수송과 저장에 사용된다.전쟁터, 지진 피해지역 등 매우 많은 양의 식량을 수송해야 할 경우에는 장기간 보관해야 하므로 냉동식품을 사용한다.냉동식품은 대규모 식품가공산업에도 도움이 된다.
  • 많은 적외선(전방 적외선) 카메라에서는 검출기를 저온 냉각해야 합니다.
  • 특정 희귀 혈액형은 -165°C와 같은 저온에서 혈액 은행에 보관됩니다.
  • 나이트클럽 효과 시스템에 액체 질소와 CO를2 이용한 저온 기술이 내장되어 컬러 라이트로 조명할 수 있는 냉각 효과와 하얀 안개를 만들어 냅니다.
  • 제조 공정에서 가공 시 공구 팁을 냉각하기 위해 극저온 냉각을 사용합니다.공구 수명을 늘립니다.산소는 강철 제조 공정에서 몇 가지 중요한 기능을 수행하는 데 사용됩니다.
  • 많은 로켓들이 극저온 가스를 추진제로 사용한다.이것들은 액체 산소, 액체 수소, 액체 메탄을 포함한다.
  • 자동차나 트럭 타이어를 액화질소로 동결함으로써 고무가 부서지기 쉬워져 작은 입자로 분쇄할 수 있다.이 입자는 다른 아이템에 다시 사용할 수 있습니다.
  • 스핀트로닉스 및 자기전달 특성과 같은 특정 물리 현상에 대한 실험 연구는 효과를 관찰하기 위해 극저온 온도를 필요로 합니다.
  • 특정 백신은 극저온에서 보관해야 한다.예를 들어 화이자-바이오NTech COVID-19 백신은 -90 ~ -60 °C(-130 ~ -76 °F)의 온도에 보관해야 한다(콜드 체인 참조).[16]

생산.

장치 및 물질의 극저온 냉각은 일반적으로 액체 질소, 액체 헬륨 또는 기계식 극저온 냉각기(고압 헬륨 라인 사용)를 사용하여 이루어집니다.Gifford-McMahon 극저온 냉각기, 펄스 튜브 극저온 냉각기 및 스털링 극저온 냉각기는 필요한 기준 온도 및 냉각 용량에 따라 선택할 수 있어 널리 사용되고 있습니다.저온학에서 가장 최근의 발전은 자석을 냉장고뿐만 아니라 재생기로 사용하는 것입니다.이 장치들은 자기 열량 효과라고 알려진 원리에 따라 작동합니다.

검출기

입자를 검출하기 위해 사용되는 다양한 극저온 검출기가 있다.

30K 이하의 저온 온도 측정에는 저항 온도 검출기(RTD)가 사용됩니다.30 K 미만의 온도에서는 정밀도를 위해 실리콘 다이오드를 사용해야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 국제냉장사전, http://dictionary.iifiir.org/search.php
  2. ^ ASHRAE 용어집, https://www.ashrae.org/technical-resources/free-resources/ashrae-terminology
  3. ^ K.D. 팀머하우스, R. 리드극저온 엔지니어링:50년의 진보.Springer Science + Business Media LLC (2007)
  4. ^ "DICHLORODIFLUOROMETHANE at Pubchem".
  5. ^ "PROPANE at Pubchem".
  6. ^ J. M. Nash, 1991년, 제26회 사회간 에너지 변환 공학 회의의 "고온 저온학을 위한 Vortex Expansion Devices for High Temperature Cryogenics", 제4권, 521-525쪽.
  7. ^ 셀시우스, 안데르스(1742) "온도계 관찰자 om twannne bestandiga grademi" (온도계 관찰자), 쿵리가 스벤스카 캅스카데미엔 핸들링가 (스웨덴 왕립과학원 진행자), 3:1-180, 그림 1.
  8. ^ 돈 리트너, 로널드 A.Bailey (2005) :화학 백과사전.뉴욕 맨하탄에 있는 팩트 온 파일 43페이지
  9. ^ 화씨 온도계, Encyclopédia Britanica Online. 2015년 9월 25일
  10. ^ "Fahrenheit: Facts, History & Conversion Formulas". Live Science. Retrieved 2018-02-09.
  11. ^ "Cryonics is NOT the Same as Cryogenics". Retrieved 5 March 2013.
  12. ^ 랜달 바론 맥그로-힐 북 컴퍼니의 극저온 시스템.
  13. ^ Thermal, Timmy. "Cryogenic Labels". MidcomData. Retrieved 11 August 2014.
  14. ^ Gantz, Carroll (2015). Refrigeration: A History. Jefferson, North Carolina: McFarland & Company, Inc. p. 227. ISBN 978-0-7864-7687-9.
  15. ^ "ESO Signs Technology Transfer Licence Agreement for Cooling System". Retrieved 11 June 2015.
  16. ^ "Pfizer–BioNTech COVID-19 Vaccine Vaccination Storage & Dry Ice Safety Handling". Pfizer-BioNTech. Retrieved 17 December 2020.

추가 정보

  • Haselden, G. G.(1971), Cryogenic Fundamentics, NY, Academic Press, ISBN 0-12-330550-0.