Criogenia
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
 |
Questa voce non è ancora stata tradotta completamente. Se puoi, terminala o riscrivila tu, eliminando il testo in lingua straniera quando hai finito.
Vedi le altre voci da tradurre [[:categoria:Da tradurre dalla lingua {{{lingua}}}|dalla stessa lingua]].
Nota: se non vedi il testo da tradurre, potrebbe essere nascosto: fai clic su modifica per visualizzarlo. Prima di salvare la pagina, non dimenticare di eliminare o spostare i segni <!-- e --> che delimitano il testo da nascondere. |
 traduttori automatici! |
La criogenia è una branca della fisica che si occupa dello studio, della produzione e dell'utilizzo di temperature molto basse (sooto i -150 °C o 123 K) e del comportamento dei materiali in queste condizioni.
Indice |
[modifica] Etimologia
La parola criogenia letteralmente significa "la profuzione di freddo ghiacciato"; tuttavia il termine è sinonimo di stato a bassa temperatura. Non è ben definito a che punto della scala della temperatura finisce la refrigerazione e inizia la criogenia. Gli studiosi del National Institute of Standard Technology a Boulder, Colorado hanno scelto di considerare il campo della criogenia quello che riguarda temperature sotto i -180 °C (93.15 K). Questa è una ragionevole divisione, poiché i tipici punti di ebollizione dei gas permanenti (come elio, idrogeno, neon, azoto, ossigeno, e l'aria rimangono tali sotto i -180 °C mentre il refrigerante freon, e altri refrigeranti comuni hanno punti di ebollizione sopra i -180 °C.
[modifica] Applicazioni Industriali
L’impiego della criogenia nell’industria moderna è in espansione. Uscita dai laboratori gia dal secolo scorso per la distillazione dell’aria, al momento è anche impiegata per particolari trattamenti metallurgici e per sfruttare in numerosi campi gli effetti legati alla superconduttività.
[modifica] Distillazione dell’aria
La distillazione dell’aria è stata forse la prima applicazione industriale della criogenia. Tutti i gas presenti nell’aria possono essere liquefatti a pressione ambiente abbassandone la temperatura. Con questo processo si liquefa prima l’ossigeno (temperatura di liquefazione 90,18 K = -182,97 °C) e poi l’azoto (temperatura di liquefazione 77,35 K = -195,82 °C). Con questo sistema è possibile ottenere anche l’argon (temperatura di liquefazione 87,3 K (-150,2 ºC). Una volta separati i gas sono utilizzati per vari scopi. I gas prodotti con questo metodo presentano molte impurità, e per alcune applicazioni necessitano di processi di purificazione. Sono poi mantenuti in contenitori speciali detti vasi di Dewar che prendono il nome dal loro inventore James Dewar, il primo che riuscì a liquefare l'idrogeno. Al giorno d’oggi si contendono il primato mondiale della produzione di gas tecnici poche società: la francese Air Liquide, la tedesca Linde che ha recentemente acquistato la britannica BOC e la statunitense Praxair, presente in Italia con la controllata Rivoira. Per ulteriori informazioni sugli utilizzi di questi gas: argon, azoto, ossigeno
[modifica] Trasporto di gas naturale
Il gas naturale o LNG è una delle principali fonti di energia fossile sfruttate attualmente, assieme al petrolio e al carbone. Presente in numerose aree del globo, per arrivare nelle aree di consumo può essere compresso o immesso in gasdotti, oppure liquefatto (riducendo il suo volume di circa 600 volte) e trasportato tramite navi metaniere. Questa seconda opzione è preferita per lunghi tragitti.
[modifica] Criopompaggio
Particolari lavorazioni, in particolare nell’industria dei semiconduttori, richiedono ambienti a elevatissimo grado di purezza, o a bassissime pressioni. Per raggiungere tali condizioni si utilizza dapprima una pompa a vuoto che va a aspirare tutta l’aria presente nell’ambiente, dopodichè si attiva una criopompa che abbassando continuamente la temperatura dei gas rimasti, li fa liquefare. Come per la distillazione frazionata si liquefanno prima ossigeno argon e azoto, ma spesso è necessario arrivare a condensare anche il poco idrogeno rimasto. Comunque gli ambienti in questione sono in genere molto piccoli, e le macchine utilizzate hanno basse potenze.
[modifica] Sensori a Infrarossi
Nei sensori a infrarossi la massima lunghezza d’onda rilevabile è inversamente proporzionale alla temperatura di funzionamento. Quindi per osservare oggetti più “freddi” che emettono calore a lunghezze d’onda maggiori, è necessario raffreddare il sensore fino a temperature criogeniche, in genere dai 4 ai 100K.
[modifica] Elettronica a semiconduttori
Molti dei normali apparecchi elettronici con componenti semiconduttore, migliorano le loro prestazioni a basse temperature. In generale aumenta la velocità di funzionamento, si riduce la potenza necessaria al funzionamento e si abbassa la velocità di deterioramento, che cresce on la temperatura.
[modifica] Superconduttività
E’ ben nota la relazione tra le temperature criogeniche e il fenomeno della superconduttività. Questo fenomeno è sfruttato industrialmente per la produzione di intensissimi campi magnetici, soprattutto per acceleratori di particelle usati in ricerca e in medicina. Allo stesso modo magneti superconduttori vengono utilizzati per rilevare debolissime variazioni di un campo magnetico, anche in questo caso in ricerca e in medicina. Bisogna inoltre citare gli studi e i prototipi sui treni a levitazione magnetica (altro fenomeno legato alla superconduttività) e quelli riguardo allo sviluppo di “elettronica a superconduttori”, che promette di avere velocità incomparabili con i sistemi tradizionali.
[modifica] Combustibili
Un'altro uso della criogenia sono i combustibili criogenici. Essenzialmente sono ossigeno e idrogeno, usati come carburanti nel missili. Per esempio, lo space shuttle usa ossigeno e idrogeno criogenici, come spinta principale per entrare in orbita, e anche o missili costruiti per il programma spaziale sovietico da Sergei Korolev. Ciò si trasformò nell'oggetto del contendere con il suo rivale Valentin Glushko ingegnere anche lui, che affermava che i combustibili criogenici non erano pratici per grandi razzi come lo sventurato N-1 rocket.
La russa Tupolev sta compiendo ricerche riguardo al suo progetto Tu-154 utilizzando combustibile criogenico, con la sigla Tu-155. L'aereo usa gas naturale liquefatto (o LNG), e ha compiuto il suo primo volo nel 1989.
[modifica] Altri utilizzi
Temperature criogeniche son utilizzate sempre in medicina per la criochirurgia e la crioconservazione
[modifica] Voci correlate
- Zero assoluto
- Azoto liquido
- Elio liquido
- Superfluidità or superconduttività
[modifica] Collegamenti esterni
- ENI: World Oil&Gas Review - Gas Naturale
- (EN) Lancaster University, Ultra Low Temperature Physics - ULT research group homepage
- (EN) Tupolev's pages regarding Cryogenic airliners
