Глубокое охлаждение

Определение "Глубокое охлаждение" в Большой Советской Энциклопедии

Глубокое охлаждение, охлаждение веществ с целью получения и практического использования температур, лежащих ниже 170 К. Глубокое охлаждение обеспечивается рабочими веществами, критическая температура которых лежит ниже 0°С (273,15 К), - воздухом, азотом, гелием и др. Область Глубокое охлаждение 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).

Глубокое охлаждение 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 Глубокое охлаждение - 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 Глубокое охлаждение 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 Глубокое охлаждение 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 Глубокое охлаждение 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 Глубокое охлаждение 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). Глубокое охлаждение 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.