POLITECHNIKA GDAŃSKA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "POLITECHNIKA GDAŃSKA"

Jarosław Seweryn Kaczmarek
5 lat temu
Przeglądów:

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY,,ZMIANA WŁASNOŚCI CIAŁ W TEMPERATURACH KRIOGENICZNYCH Jakub Bazydło Inżynieria Mechaniczno-Medyczna Sem. II mgr GDAŃSK 2012/2013

2 1. KRIOGENIKA Kriogenika - Słowo kriogenika pochodzi od słów greckich "kruos", co oznacza "zimno" i "genos" - "pochodzenie" lub "tworzenie. Jest to dziedzina nauki (fizyki i techniki) zajmująca się badaniem i wykorzystaniem właściwości ciał w niskich temperaturach, uzyskiwaniem i mierzeniem niskich temperatur. Za niskie temperatury uznaje się temperatury niższe od -150 C (123K). W tak niskich temperaturach: -przejawiają się nowe własności materii (skroplenie gazów trwałych, nadciekłość i nadprzewodnictwo), -ulegają spowolnieniu bądź zatrzymaniu wszelkie reakcje, -zmniejsza się nieuporządkowanie substancji, znikają szumy (krioelektronika).

3 1.1. ZARYS CHISTORYCZNY van Marum - skroplenie amoniaku M. Faraday - m.in.:chlor, siarkowodór, CO2 temp. ok. 163 K L. Cailetet, R. Pictet - skroplenie tlenu (mgła), ok. 90K Z. Wróblewski, K. Olszewski skroplenie powietrza min. temp. ok. 55 K J. Dewar izolacja próżniowa J. Dewar skroplenie wodoru: 20,3 K; zestalenie wodoru: 14 K H. Kamerlingh Onnes skroplenie helu: 4,2K H. Kamerlingh Onnes odkrycie nadprzewodnictwa wykorzystanie przemian magnetycznych do chłodzenia: Giauque, Debye propozycja zastosowanie: 0,32 K rozcieńczanie 3He w 4He: H. London propozycja zastosowanie: 10 mk G. Bednorz, A. Muller nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe (obecnie 135 K) Uruchomienie nadprzewodzącego akceleratora LHC w Genewie (ponad 2000 nadprzewodzących magnesów o łącznej długości 30 km) Planowane uruchomienie nadprzewodnikowego reaktora termojądrowego ITER w Cadarache 2. OBSZARY ZASTOSOWAŃ KRIOGENIKI medycyna, badania właściwości materiałów, przetwórstwo żywności, techniki jądrowe i rakietowe, metalurgia, energetyka, przemysł gazów technicznych.

4 2.1. ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE Kriochirurgia polega na miejscowym, kontrolowanym niszczeniu zainfekowanych komórek poprzez działanie na nie temperaturami kriogenicznymi. Rozwój techniki zapewnia przeprowadzanie zabiegów w sposób kontrolowany. Ze względu na szereg pozytywnych cech, kriociecze z powodzeniem wykorzystywane są w leczeniu ludzi. Cechami tymi są: - działanie znieczulające zimna - brak reakcji chemicznej z tkanką - niepalność - nietoksyczność Zabiegi kriochirurgiczne stosuje się w wielu dziiedzinach medycyny, przede wszystkim w dermatologii, onkologii, otolaryngologii, ginekologii i okulistyce. Zabiegi odznaczają się: - skutecznością, - krótkim czasem gojenia, - brakiem skutków ubocznych, - brakiem powikłań, - brakiem lub niewielkimi bliznami pozostającymi po zabiegu, - oddziaływaniem tylko na tkankę chorobowo zmienioną (w przypadku nowotworu: środki farmakologiczne- chemioterapia, inne formy leczenia- radioterapia oddziaływują na cały organizm) - prostą techniką zabiegu, - stosunkowo krótkim czasem zabiegu, - stosunkowo niskim kosztem zabiegu, - możliwość stosowania w warunkach ambulatoryjnych bez obecności anestezjologa (bez konieczności znieczulenia ogólnego, a znieczulenie miejscowe w wybranych przypadkach). Krioterapia odnosi się do działania leczniczego mającego na celu obniżenie temperatury powierzchni ciała. Krioterapię stosuje się dla wywołania i wykorzystania fizjologicznych i ustrojowych reakcji na zimno w celu wspomagania leczenia podstawowego i ułatwienia leczenia ruchem. Gwałtowne oziębienie jest wystarczająco silnym bodźcem, który uruchamia miejscowe i ośrodkowe odczyny i ośrodki termoregulacyjne dla konserwacji, redystrybucji ciepła i gdy to konieczne jego produkcji. Zabiegi krioterapeutyczne dzieli się na dwie grupy:

5 1. Zabieg miejscowy obejmuje niewielką powierzchnię ciała, np. staw. 2. Zabieg ogólnoustrojowy obejmuje całe ciało. 3. ZMIANA WŁASNOŚCI CIAŁ Ciepło właściwe wszystkich cieczy i ciał stałych, czyli ciepło potrzebne do zwiększenia temperatury ciała o jednostkowej masie o jedną jednostkę, zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury Ciepło parowania cieczy mających niski punkt wrzenia jest bardzo małe. Prowadzi to do konieczności przechowywania ich wyłącznie w naczyniach doskonale izolowanych (najlepszym izolatorem jest próżnia). Nadciekłość - stan materii charakteryzujący się całkowitym zanikiem lepkości. Jest to typowe zjawisko dla helu, w którym to cząsteczki cieczy wspinają się po ściance w górę. Zmniejszenie entropii. Temperaturom kriogenicznym towarzyszy zmniejszenie entropii, a w konsekwencji zanik wewnętrznych szumów. Ta własność jest wykorzystywana w takich dziedzinach jak radiokomunikacja, detektory podczerwieni i lasery. Kruchość. W niskich temperaturach niektóre materiały konstrukcyjne stają się bardzo kruche, np. stal węglowa. Nie należy ich stosować do instalacji kriogenicznych ze względu na to, że nie wykazują one trwałego odkształcenia poprzedzającego pęknięcie. Metale, które zachowują ciągliwość mimo obniżania temperatury maja sieć krystaliczną płasko centrowaną, ułatwiającą dyslokacje. Witryfikacja (zeszklenie) jest to przemiana fazowa przejścia ze stanu ciekłego w stan szklisty. Nagła zmiana lepkości i zmiana pojemności cieplnej lecz nie towarzyszą jej energetyczne efekty cieplne. Ta własność umożliwia ich kruszenie i wykorzystywana jest głównie w recyklingu opon.

6 Nadprzewodnictwo nazywamy połączenie właściwości magnetycznych i elektrycznych materiału objawiających się zanikiem rezystancji elektrycznej w określonych warunkach. Rodzaje nadprzewodników: Niskotemperaturowe -stan nadprzewodnictwa występuje poniżej temperatury ciekłego azotu (77 K). Wysokotemperaturowe -stan nadprzewodnictwa występuje powyżej temperatury ciekłego azotu. Nadprzewodniki konwencjonalne - które dają się dobrze opisać teorią BCS. Nadprzewodniki niekonwencjonalne- które jeszcze nie posiadają ogólnie akceptowanej teorii tłumaczącej w zadowalający sposób ich właściwości. Nadprzewodniki I rodzaju -które poniżej pola krytycznego całkowicie wypychają pole z wnętrza materiału,a powyżej wartości Hc- pole magnetyczne wnika jak do normalnego materiału. Nadprzewodniki II rodzaju -zachowują się tak, że w pewnym zakresie pola magnetycznego, pole częściowo wnika do wnętrza nadprzewodnika, natomiast powyżej tej wartości pole zanika. 4. BIBLIOGRAFIA M.Chorowski, Kriogenika. Podstawy i zastosowania, Gdańsk 2007 M. Chorowski: Kriogenika w zastosowaniach przemysłowych, medycznych i badawczych: dycynie.pdf

Podobne dokumenty

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Katedra Energetyki i Aparatury Przemysłowej Zakład Termodynamiki, Chłodnictwa i Klimatyzacji Przedmiot: Techniki niskotemperaturowe w medycynie Temat: Zmiana własności