Первым ученым подробно исследовавшим процессы низкотемпературного сжижения был М. Фарадей. В своих работах исследователь показал, что такие вещества как хлор, аммиак, диоксид серы могут переходить в жидкое состояние при понижении температуры до -110 С. Но ему не удалось получить жидкость из кислорода, водорода, метана, других газов названых постоянными.
Жидкий кислород удалось получить гораздо позже – в 1877. Тогдашние методы позволяли получить по сути легкий туман из сконденсированного кислорода, чего было недостаточно для полноценного изучения. Главным результатом стало доказательство физической возможности ожижения постоянных газов.
В достаточно большом количестве такие жидкости были получены ближе к началу XX века за счет применения каскадной технологии. Ее создание положило начало промышленному ожижению и разделению газообразных соединений. Одновременно исследователи получили возможность работать с веществами в условиях крайне низких температур изучая их уникальные свойства. Низкотемпературные микроскопы сегодня помогают ученым изучать свойства веществ при низких температурах. Подробнее об этом здесь - https://nanoafm.ru/produktsiya/nizkotemperaturnye-skaniruyushchie-zondovye-mikroskopy.
Благодаря каскадной технологии в течение нескольких лет удалось получить жидкие фазы практически всех элементов, криогенная физика получила стремительное развитие. Благодаря этому удалось открыть сверхпроводимость, ряд других низкотемпературных феноменов, таких как сверхтекучесть.
Каскадный процесс
Теоретическая часть методики была разработана физиком Пикте. Ее на практике реализовали Ольшевский, Камерлинг-Оннес, другие ученые для получения большого количества ожиженых кислорода, азота, других газов.
Суть методики заключается в ступенчатом понижении температуры вещества. Алгоритм работы выглядит так:
- Выбирается вещество которое можно сделать жидким при обычных условиях за счет повышения давления (аммиак, метилхлорид, диоксид серы).
- Полученная жидкость поступает в змеевик системы водяного охлаждения, которая отводит тепло образовавшееся в процессе сжатия.
- Затем она поступает в испаритель, где кипит в условиях сниженного давления отбирая тепло у окружающей среды.
- Испаренный аммиак снова поступает в компрессор.
Метод подразумевает применение нескольких ступеней охлаждения с различными соединениями, что позволяет на каждом этапе получать все более низкие температуры. В настоящее время этот процесс считается устаревшим, с его помощью невозможно получить ожиженые гелий и водород. Не существует криогенной ванны, которая способна обеспечить условия необходимые для ожижения этих элементов.
Поэтому единственной сферой использования технологии осталось ожижение воздуха, различных его компонентов.
Источник - https://nanoafm.ru/