Физика высоких энергий и энергетика

С середины 60 –х годов 20 века в больших объёмах жидкий водород стал применяться в водородных пузырьковых камерах для исследования частиц высоких энергий на больших ускорителях элементарных частиц.

Специальные контуры криостатирования на жидком азоте и гелии используются для обеспечения работы систем криостатирования низкотемпературных силовых сверхпроводящих кабелей и обмоток магнитов. Сверхпроводящие магниты создают магнитные поля в МГД установках и ускорителях. После открытия в 1986 году «высокотемпературной» сверхпроводимости (ВТСП) - жидкий азот применяется в качестве теплоносителя для систем криостатирования ВТСП силовых кабелей, ВТСП трансформаторов, ВТСП токоограничителях, ВТСП линейных двигателей транспортных систем, ВТСП электродвигателях. Жидкие азот и гелий используются для обеспечения работы криостатов физических установок с целью создания высокого вакуума.

Наибольший интерес контуры криостатирования привлекают для создания современных энергетических систем транспортировки энергии 21 века. Традиционные способы передачи и распределения энергии практически достигли своего теоретического предела. Особо острыми являются проблемы передачи значительной энергии на сравнительно малые расстояния для энергоснабжения Мегаполисов в связи с непрерывно возрастающими объемами энергопотребления.

Дальнейшее увеличение мощности распределительных сетей в 3…5 раз может быть достигнуто путем замены обычных силовых кабелей для распределительного напряжения в 20 кВ на сверхпроводящие с использованием жидкого азота. Основные преимущества сверхпроводящих силовых кабелей заключаются в минимальных потерях электрической энергии в сверхпроводнике, экологической чистоте (отсутствие масел, минимальное электромагнитное и тепловое воздействие на окружающую среду), высоким уровнем пожарной безопасности. Эти кабели гораздо компактнее, что существенно облегчает их прокладку в условиях насыщенной городской и пригородной инфраструктуры. При передаче большой мощности на низком (генераторном) напряжении не требуется промежуточных подстанций, что дает значительную экономию земли и капитальных затрат.

Большим резервом увеличения плотности энергопотоков между потребителями и производителями энергии на большие расстояния является создание комплексного способа передачи энергии с использованием сжиженных газов (водород, метан) и электрической энергии с использованием высокотемпературных сверхпроводников - сверхпроводящих транспортных магистралей (СПТМ). В СПТМ жидкий водород или сжиженный газ являются источниками химической энергии и, одновременно, обеспечивает поддержания температуры высокотемпературного сверхпроводникового кабеля на уровне 20….39 К.

Сжиженный метан транспортируется на большие расстояния специальными ёмкостями морским и железнодорожным транспортом и используется в качестве топлива и химического сырья.

Электроника

Системы криостатирования на жидком азоте и жидком гелии используются в датчиках ракет и спутников, в радиоастрономии для прослушивания далеких галактик и в системах дальней космической связи. Они обеспечивают функционирование мазеров - чувствительных микроволновых усилителей за счёт снижения температуры до уровня, когда тепловые колебания атомов элемента усилителя не изменяются при адсорбции и эмиссии микроволновой энергии.

Низкие криогенные температуры обеспечивают работу сверхпроводящих элементов SQUIDs в сверхчувствительных цифровых магнитометрах и вольтметрах.

Машиностроение

Были созданы подшипники практически с нулевым трением, в которых магнитное поле обеспечивает гарантированный зазор на основе эффекта Мейснера, связанного со сверхпроводимостью.

Высокотемпературные сверхпроводники используются для создания компактных мощных судовых электродвигателей, гироскопов с чрезвычайно малым дрейфом, силовых кабелей и т.п..

Для достижения и поддержания явления сверхпроводимости используются системы криообеспечения на жидком гелии и жидком азоте.

Разработаны технологические процессы, увеличивающие предел текучести материала до 400…500 % после обработки жидким азотом.

Химия

В сжиженном виде метан, водород, кислород и др. транспортируются на химкомбинаты и используются при производстве различных материалов.

Металлургия

Кислород в больших объёмах, впервые, начал использоваться для выплавки стали. Для получения кислорода на металлургических предприятиях стали создаваться кислородные заводы.

Криобиология и криомедицина

В криомедицине и криобиологии, в основном, используется жидкий азот.

Современные направления криомедицины:

- криохирургия;

- криотерапия;

- криоконсервация крови, спермы, тканей, костного мозга и т. п.;

- крионика.

Криохирургические методы имеют преимущества по сравнению с традиционными хирургическими методами (удаление опухолей, миндалин и т.п).

Широко используется криоконсервация крови, тканей, органов (в охлаждаемых жидким азотом контейнерах) используется для долговременного сохранения крови, тканей, костного мозга и спермы животных.

Методы криотерапии обеспечивают излечение органов дыхания и т. п..

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности, в основном, используется жидкий азот.

При замораживании продуктов в картонных упаковках они устанавливаются на ленту конвейера, который движется сквозь ванну с жидким азотом или охлаждаемый газообразным азотом тоннель. При первоначальном контакте с жидким азотом замораживаются все открытые поверхности, что обеспечивает сохранение вкуса и аромата продуктов. Криообработка занимает около 7 минут по сравнению с 30…40 минутами при обычных методах замораживания.

В специальных термостатах снабжённых системой криообеспечения на жидком азоте транспортируются скоропортящиеся ягоды (клубника и т. п.).