В. М. Бродянский. Криогенная техника. Основы специальности

Развитие криогеники в двадцатом веке

Развитие криогеники упорно шло по двум основным направлениям - физическому и техническому. Оба они развивались, естественно, не изолированно, а в тесном взаимодействии; здесь иногда трудно отделить фундаментальные и прикладные стороны естественных (физики) и технических наук.

На рис. 3 схематически показано, как шел по времени процесс получения и технического освоения низких температур.

Рис. 3. Развитие физики и техники низких температур с 1650 по 1984 гг.

В физике низких температур наиболее важными были два открытия: сверхпроводимость и сверхтекучесть. Еще в начале 19 века было замечено, что при понижении температуры электропроводность металлов значительно возрастает. Позже было установлено, что электрическое сопротивление меди при температуре жидкого азота уменьшается по сравнению с величиной при комнатной температуре в 10 раз, а при температуре жидкого водорода даже в 1000 раз, Очевидно, что это явление представляет большой интерес для электротехники.

Оказалось, что при еще более низких температурах возникает сверхпроводимость металлов (полное исчезновение электрического сопротивления при охлаждении ниже некоторой критической температуры). Она была открыта Г. Камерлинг-Оннесом в 1911 г. Однако путь до практического использования сверхпроводимости оставался еще долгим. Понадобилось несколько десятилетий работ многочисленных групп физиков-экспериментаторов и теоретиков, инженеров в различных странах (Голландия, Англия, США, Германия, СССР), чтобы довести теорию и практику сверхпроводимости до современного уровня, когда она все больше используется.

Не менее парадоксальное явление - сверхтекучесть гелия - была открыта и подробно исследована П.Л. Капицей в 1935 г.; за эти работы ему впоследствии была присуждена Нобелевская премия. Решающий вклад в теорию сверхтекучести сделал акад. Л.Д. Ландау; за эту работу он также получил Нобелевскую премию. Сверхтекучесть гелия и связанное с ней явление "сверхтеплопроводности" нашли техническое применение только в последнее время, когда началось использование и сверхпроводящих устройствах температур ниже 1,8K.

Прогресс в технической криогенике шел главным образом в направлении создания все более совершенных и экономичных установок. К ним относятся:
•  ожижители газов, позволяющие получать жидкие кислород, азот, водород и гелий;
•  рефрижераторы, обеспечивающие поддержание нужных криотемператур (ниже 120K) в различных объектах;
•  газоразделительные установки, в которых при криотемпературах газовые смеси (воздух, природный газ и др.) разделяют с получением входящих в них газов.

Здесь кроме уже упоминавшегося выше К. Линде большой вклад был внесен французским инженером Ж. Клодом и акад. П.Л. Капицей [19].

Важно отметить, что развитие технической криогеники шло не только по пути создания все более крупных установок (с мощностью привода в десятки тысяч кВт), но и их миниатюризации. Появилась новая отрасль - микрокриогенная техника, которая предназначена для обеспечения низких температур микрообъектов (например, элементов радиоэлектронного оборудования). Мощность привода таких установок измеряется уже не только киловаттами, но и ваттами. Их можно устанавливать даже на самолетах и космических кораблях.

Одновременно с созданием новых установок расширялась и область применения криогенной техники - от фундаментальных научных исследований до медицины, от космической связи до замораживания фруктов.

Необходимо лишь кратко рассмотреть те этапы развития техники и технологии, которые непосредственно связаны с ее теперешним состоянием. Первый из них начинается с научной революции XVII-XVIII веков (т.е. за 20 – 30 м до финиша по Эйхельбергу), которая положила начало «систематической экспериментальной науке», по выражению Энгельса.

Завершение научной революции XVII-XVIII веков закономерно совпало с накалом промышленного переворота, который примерно датируется периодом с 1765 по 1830 гг.

К этому времени назрели как общественно-исторические (переход к капиталистическим производственным отношениям), так и научно-технические предпосылки радикальной перемены - перехода от ручного к машинному производству.

Следующая страница: Зачем нужна криогенная техника