Kriogenika jest dziedziną nauki, która zajmuje się tematem zachowania właściwości ciał w bardzo niskich temperaturach. Pomimo nieszczególnie popularnej nazwy, jest bardzo często wykorzystywana w codziennej pracy wielu osób – ma ona udział m.in. w przemyśle spożywczym, metalurgicznym, chemicznym, a także w chirurgii i biologii. Co warto o niej wiedzieć? Czytaj dalej i poznaj ją nieco bliżej.
Garść informacji na temat kriogeniki
Niskie temperatury mogą znacząco zmieniać własności materiałów, a odkryto to właśnie poprzez badania kriogeniczne. Medycyna, rolnictwo, przemysł spożywczy, badania naukowe… Każda z tych dziedzin stosuje te techniki i wyciąga z nich imponujące wnioski! Jak wiadomo, niskie temperatury dla każdego oznaczają co innego. W kriogenice jest to oczywiście bardziej sprecyzowane pojęcie, a chodzi o wykorzystywanie temperatur niższych niż 120 w skali Kelwina, a dokładniej 111,1 Kelwina. W przeliczeniu na stopnie Celsjusza mówimy o temperaturze poniżej -160 stopni!
Niskie temperatury jako wynik działań technologicznych
W naturalnym środowisku może dojść do uzyskania temperatury wyższej od otoczenia – następuje to np. na skutek uderzenia pioruna. Niemożliwe jest jednak naturalne skroplenie się powietrza nawet wtedy, kiedy dzień jest naprawdę bardzo mroźny. Osiągnięcie skrajnie niskich temperatur wymaga zatem zastosowania odpowiednich procesów technologicznych. Bazują one na nakładach energii w postaci mechanicznej, elektrycznej, chemicznej bądź magnetycznej. W rezultacie możliwe stało się przemysłowe wykorzystanie gazów technicznych.
Skraplanie gazów w kriogenice
Jedną z metod pozyskiwania skrajnie niskich temperatur jest stosowanie skroplonych gazów. Sposób ten uważa się za jeden z podstawowych. W wyniku tego procesu materia przechodzi ze stanu gazowego w stan ciekły, co jest przeciwieństwem parowania. Aby skroplić gaz, trzeba obniżyć jego temperaturę poniżej temperatury krytycznej. Następnie doprowadza się do jego odparowania pod normalnym lub obniżonym ciśnieniem.
Zastosowanie kriogeniki
Jak już wspominaliśmy, kriogenika wykorzystywana jest w wielu obszarach związanych z codziennym funkcjonowaniem. Od jakiegoś czasu możemy zauważyć znaczny wzrost użycia gazów technicznych, np. tlenu, metanu czy azotu. Wykorzystuje się je w energetyce, pracach związanych z technikami rakietowymi, metalurgii, medycynie, lotnictwie czy rolnictwie. Aby móc sprawdzać dokładnie właściwości tych gazów, konieczne jest wykorzystywanie kriogeniki. Obniżając temperaturę ciał możemy zmniejszyć ich entropię, co oznacza, że zanikną wewnętrzne szumy. Dlatego tak często kriogenika wykorzystywana jest w dziedzinach takich jak radiokomunikacja, lasery czy detektory podczerwieni. Co ciekawe kriogenikę wykorzystuje się także w recyklingu, ponieważ w niskich temperaturach zmieniają się właściwości plastyczne materiałów. Wiele z nich staje się kruchych, dzięki czemu znacznie łatwiej jest je zutylizować.
Kriogenika w medycynie
Z kriogeniki korzysta także bardzo często medycyna. Jest ona niezbędna w leczeniu operacyjnym nazywanym kriochirurgią, rehabilitacji, czyli krioterapii oraz pośrednio w diagnostyce. Jeżeli chodzi o tę ostatnią kwestię to działa to na takiej zasadzie, iż nadprzewodzące magnesy tomografów NMRm wykorzystujących zjawisko rezonansu magnetycznego, są kriostatowane ciekłym helem. Oczywiście to nie wszystko! Kriogenika ma także swój udział podczas transportu krwi czy organów, dzięki czemu można powiedzieć, że przyczynia się do rozwoju transplantologii. Wspiera także codzienną pracę lekarzy, ponieważ pozwala na długotrwałe przechowywanie preparatów biologicznych.
Kriogenika a przemysł spożywczy
Przemysł spożywczy wykazuje rosnące zainteresowanie technologią zamrażania kriogenicznego. Wszystko ze względu na to, że metoda ta jest szybka i skuteczna, przez co daje możliwość powierzchownego zamrożenia większej ilości żywności. Poza tym proces ma też wiele innych zalet, wśród których wymienia się w szczególności:
– brak wpływu na właściwości produktów – po rozmrożeniu nie zmieniają m.in. smaku, kształtu czy konsystencji;
– poprawę jakości produktów – temperatury kriogeniczne dezaktywują enzymy negatywnie wpływające na jakość produktów spożywczych;
– znacznie mniejsze ubytki masy niż w przypadku zastosowania innych metod;
– uzyskanie produktów o minimalnym stopniu przetworzenia.
Do zamrażania żywności stosuje się ciekły dwutlenek węgla i ciekły azot. Związki te pozwalają na uzyskanie dużego strumienia chłodu, którym oddziałuje się na produkt. Wykonuje się to poprzez natrysk, konwekcję lub też kąpiel w czynniku, bądź konwencję połączoną z kąpielą.
Ciecz kriogeniczna w kuchni molekularnej
Ciecz kriogeniczna ma też swój udział w przygotowywaniu potraw kuchni molekularnej. Wszystko ze względu na jej właściwości chłodzące i termostatyczne. Umożliwiają one nie tylko przechowywanie produktów spożywczych, ale również estetyczne i niekonwencjonalne wykończenie potraw. To daje duże możliwości opracowywania oryginalnych receptur. Pozwala także wykorzystywać w pełni naturalne produkty. Smak potraw kuchni molekularnej jest bardzo wyrafinowany. Nic więc dziwnego, że nieustannie przybywa jej zwolenników.
Środki ochrony osobistej podczas kontaktu z cieczą kriogeniczną
Ciecz kriogeniczna przyjmuje bardzo niskie temperatury. Bezpośredni kontakt z tym związkiem mógłby więc wiązać się z trwałym uszczerbkiem na zdrowiu. Wywierać może on przede wszystkim negatywny wpływ na tkanki, które mogłyby doświadczyć bolesnych i uciążliwych odmrożeń. To właśnie dlatego podczas pracy z cieczą kriogeniczną powinno się zaopatrzyć w odpowiednie środki ochrony osobistej. Należy do nich m.in. właściwy ubiór, w skład którego wchodzą w szczególności rękawiczki, długie spodnie i gogle ochronne.
Magazynowanie i transportowanie substancji kriogenicznych
Ze względu na właściwości, jakie wykazują substancje kriogeniczne, istnieją pewne wymagania co do ich magazynowania i transportowania. Przede wszystkim należy zadbać o to, aby ciecz nie oddziaływała na otoczenie. Trzeba także zapobiec utracie niskiej temperatury i odparowaniu związku. Bardzo ważne jest zatem zapewnienie odpowiedniej izolacji. Skroplone gazy umieszcza się więc w specjalnych naczyniach kriogenicznych wykonanych z wysokiej jakości metalu, który jest odporny na uszkodzenia. Najistotniejsza jest jednak ich budowa. Opracowana została tak, aby umożliwić przechowywanie substancji w odpowiednio niskiej temperaturze. Duży wybór naczyń kriogenicznych znajdziesz w naszym e-sklepie. Produkty mają różne pojemności, a co najważniejsze – spełniają wszystkie wymagane normy bezpieczeństwa.
Budowa naczyń kriogenicznych
Naczynia kriogeniczne swoją budową przypominają szczelny termos. Składają się bowiem z podwójnych, cienkich ścianek, pomiędzy którymi znajduje się próżnia techniczna odpowiadająca za izolację. Pojemnik zamknięty jest szczelnym korkiem, który znajduje się na samej górze. Dzięki temu temperatura cieczy znajdującej się wewnątrz nie oddziałuje na otoczenie oraz powierzchnię zbiornika. Związek zachowuje także swoje cenne właściwości. Wszystko to sprawia, że praca z cieczą kriogeniczną jest bezpieczna i skuteczna.