Kriogenika Podstawy i zastosowania

Słowo kriogenika pochodzi od słów greckich "kruos" co oznacza "zimno" i "genos" - "pochodzenie" lub "tworzenie", a pojęcie to zostało zaproponowane przez Heike Kamerlingh-Onnesa, który po raz pierwszy skroplił hel w roku 1908, a następnie odkrył zjawisko nadprzewodnictwa w roku 1911. Obecnie pojęcie kriogenika stosuje się na określenie metod uzyskiwania i wykorzystywania temperatur niSszych od 120 K, a dokładnie 111,1 K, tj. temperatury wrzenia metanu pod ciśnieniem normalnym. Temperatura wrzenia ciekłego metanu jest umowną granicą wyodrębniająca kriogenikę z chłodnictwa ustanowioną w 1971 roku przez XIII Międzynarodowy Kongres Chłodnictwa. Przedmiotem kriogeniki są więc zjawiska zachodzące w temperaturach bardzo niskich w porównaniu z temperaturą otoczenia wynoszącą około 300 K.
      Książka "Kriogenika - podstawy i zastosowania" autorstwa Macieja Chorowskiego stanowi przystępnie napisane wprowadzenie w dziedzinę uzyskiwania i wykorzystywania niskich i bardzo niskich temperatur. W zwięzły sposób podane są podstawy termodynamiczne uzyskiwania temperatur kriogenicznych, ze szczególnym zwróceniem uwagi na trzecią zasadę termodynamiki, wskazującą zarówno na nieosiągalność temperatury zera bezwzględnego, jak i dążenie do zera w bardzo niskich temperaturach takich wielkości fizycznych jak ciepło właściwe czy moduł sprężystości. Omówione są termodynamiczne metody optymalizacji urządzeń i systemów kriogenicznych wynikające z drugiej zasady termodynamiki i oparte o zasadę minimalizacji produkcji entropii. W książce rozważone są wszystkie wykorzystywane w praktyce procesy prowadzące do uzyskania niskich temperatur, zarówno stosowane do skraplania gazów takich jak hel, wodór, neon, składniki powietrza i metan, jak i umożliwiające uzyskiwanie temperatur poniżej 1 K np. poprzez adiabatyczne rozmagnesowanie soli paramagnetycznych, rozcieńczanie 3He w nadciekłym 4He czy adiabatyczne zestalanie 3He. Książka zawiera przystępnie podane schematy i opisane zasady działania skraplarek i chłodziarek kriogenicznych z uwzględnieniem nowoczesnych konstrukcji wykorzystujących regeneratory wykonane z materiałów magnetycznych w chłodziarkach Gifforda-McMahona oraz mieszaniny azotu i węglowodorów w chłodziarkach Joule-Thomsona. Omówione są podstawy niskotemperaturowych metod rozdziału mieszanin gazowych, w tym destylacji powietrza stanowiącego podstawowe źródło pochodzenia tlenu, azotu i argonu. Podane są sposoby uzyskiwania helu z gazu ziemnego oraz metody skraplania gazu ziemnego, którego uzyskiwanie, transport i magazynowanie stanowią bardzo dynamicznie rozwijającą się dziedzinę wykorzystywania technologii kriogenicznych. W obszerny sposób omówione są izolacje stosowane kriogenice, których efektywność często decyduje o opłacalności stosowania technologii kriogenicznych. Książka przedstawia niektóre z problemów związanych z kriostatowanie urządzeń nadprzewodzących, w tym magnesów stosowanych np. w tomografach wykorzystujących zjawisko rezonansu magnetycznego. Ponieważ w przeważającej większości instalacji kriogenicznych stosuje się skroplone gazy, które po uwolnieniu do atmosfery kilkusetkrotnie zwiększają swoja objętość, w otoczeniu urządzeń kriogenicznych mogą zaistnieć zagrożenia dla ludzi wynikające z niskich temperatur lub wyparcia tlenu przez odparowujące czynniki kriogeniczne. W opracowaniu podano istotne dla bezpieczeństwa własności ciekłych gazów w niskich temperaturach oraz zasady posługiwania się takimi gazami jak również reagowania na przypadki awaryjne. Książka przeznaczona jest zarówno dla czytelników pragnących uzyskać podstawową wiedzą na temat kriogeniki jak i dla inżynierów praktyków stosujących technologie kriogeniczne i posługujących się skroplonymi gazami w laboratoriach, przemyśle, rolnictwie, przetwórstwie żywności oraz innych dziedzinach.