Ցածր ջերմաստիճաններ

Ցածր Ջերմաստիճաններ, այն ջերմաստիճանների տիրույթի պայմանական անվանումը, որոնք փոքր են որոշ 0 արժեքից 0-ն սովորաբար բնութագրում է ֆիզիկայի համակարգում միջմասնիկային փոխազդեցությունների k0 էներգիական մասշտաբը (к-ն Բոլցմանի հաստատունն է) կամ ջերմաստիճանի այն բնորոշ արժեքը, որ ձեռք է բերվել տեխնիկայի տվյալ բնագավառում ընդունված մեթոդով։ Օրինակ՝ պինդ մարմնի ֆիզիկայի տարբեր խնդիրներում ցածր ջերմաստիճանի տիրույթին են դասում այն ջերմաստիճանները, որոնք փոքր են Ֆերմիի ջերմաստիճանից (0F, մետաղների համար 0f~1O4K դյուարի), ջերմաստիճանից (0D~1O2–103K), Կյուրիի կետից (0с^Ю2-1О3К) կամ մեկ այլ, տվյալ խնդրի համար բնութագրական ջերմաստիճանից։ Ջերմամիջուկային կառավարվող սինթեզի դեպքում պլազմայի ջերմաստիճանը (~106К) նույնպես ընկած է Ցածր ջերմաստիճանի տիրույթում, թեև այն մի քանի կարգով բարձր է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից։ Լաբորատոր պայմաններում շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանից էապես ցածր ջերմաստիճաններ ստանալու համար օգտագործում են հեղուկացված գազեր՝ ազոտ, նեոն, ջրածին, հելիում–4 և հելիում–3, որոնք եռում են կրիոստատներում, Դյուարի անոթներում՝ մթնոլորտային ճնշման տակ կամ պոմպով արտամղելիս։ Հեղուկացված գազերի օգնությամբ համեմատաբար հեշտ են իրականացվում հետազոտվող օբյեկտների ոչ միայն հովացումը, այլև ջերմակայունացումը։ Թվարկված հեղուկ գազերից առավել տարածվածը, էժանն ու անվտանգը ազոտն է, որի օգնությամբ հետազոտություններ են կատարվում 80–65 К ջեր մաստիճանային տիրույթում։ Այդ պատճառով լաբորատոր պայմաններում ընդունված է Ցածր ջերմաստիճային դասել 80 K-ից ցածր ջերմաստիճանները։ Նեոնի, ջրածնի, հելիում–4-ի և հելիում–3-ի օգտագործումը հնարավորություն է տալիս ջերմակայունացումով հետազոտություններ կատարել համապատասխանաբար 27–25 К, 20– 14 К, 4,2–0,7 К և 3,2–0,3 К ջերմաստի ճանային տիրույթներում։ Վերոնշյալ գազերը, ինչպես նաև իբրև վառելիք կիրառվող բնական գազը հեղուկացնելու, պահելու և փոխադրելու համար մշակվել է միասնական տեխնոլոգիա, կառուցվել են 103 լ/ժ կարգի արտադրողականությամբ հեղուկարար հզոր կայանքներ և մինչև 105 մ3 տարողությամբ պահեստարաններ։ Ստեղծվել է տեխնիկայի ինքնուրույն, խոշորամասշտաբ բնագավառ, որն զբաղվում է 120 К (բնական գազի հեղուկացման ջերմաստիճանը) և ավելի ցածր ջերմաստիճաններում աշխատող սարքավորման արտադրության և շահագործման խնդիրներով։ Ցրտի միջազգային ինստիտուտի 13 համաժողովի (1971) որոշմամբ 120 K-ից ցածր ջերմաստիճանները կոչվել են կրիոգենային, իսկ տեխնիկայի համապատասխան բնագավառն ստացել է «կրիոգենիկա» անվանումը։ ԽՍՀՄ–ում համանման սահմանումներ ներմուծվել են ըստ ԳՈՍՏ 21957–76-ի։ Արդյունաբերական կայանքներում կրիոգենային ջերմաստիճանների ստացման հիմքում ընկած է սեղմված գազի ջերմաստիճանի նվազ ման երևույթը, երբ գազը, արտաքին աշ խատանք կատարելով, ադիաբատորեն ընդարձակվում է ղեաանղերներում, ինչ պես նաև Ջոուչ–Թոմսոնի Էֆեկտը, երբ իրական գազը դրոսելման ժամանակ հովանում է ընդհուպ մինչև կոնդենսացման ջերմաստիճանը։ Այս եղանակով ստանում են մինչև 4,2 К ջերմաստիճաններ (հելիում -4-ի կոնդենսացման ջերմաստի ճանը)։ Կրիոգենային մեքենաներն աշխատում են հիմնականում երկու ռեժիմով՝ հեղուկարար և ռեֆրիժերատորային։ Հեղուկարար ռեժիմում մեքենայի աշխատանքի նպատակը գազերի կամ գա զային խառնուրդների հեղուկացումն է, անհրաժեշտության դեպքում, խառնուրդի բաղադրամասերի առանձնացումը ոեկտիֆիկացման մեթոդով։ Այս եղանակով 80% ազոտ պարունակող օդից ստանում են մաքուր (99,999%) հեղուկ ազոտ։ Հեղուկացված գազերը լցվում են փոխադրովի հատուկ անոթների մեջ և հասցվում սպառողներին։ Ռեֆրիժերատորային ռեժիմում կրիոգենային մեքենայի աշխատանքի նպատակն է օբյեկտի տրված ջերմաստիճանի տևական պահպանումը՝ օբյեկտում ջերմաանջատման առկայության դեպքում։ Մինչև 0,3 К ջերմաստիճաններ ստանում են լաբորատոր ռեֆրիժերատորներով, որոնցում օգտագործվում է հեղուկ հելիում -З-ի գոլորշիների արտամղումը։ Ավելի ցածր (~5 10~3К) ջերմաստի ճաններ ստանալու համար ստեղծվել են լուծման ռեֆրիժերատորներ, որոնց գոր ծողության հիմքում ընկած է հելիում–4 և հելիում–3 հեղուկ խառնուրդի հովացման երևույթը՝ խառնուրդի մեջ հելիում -3-ի լուծման դեպքում։ էլ ավելի ցածր ջերմաստիճաններ ստանալու համար կիրառում են մագնիսական հովացումը՝ պարամագնիսական աղերի ադիաբատ ապամագնի ստացումը կամ միջուկային ապամագնի ստացումը։