Prelom v kryochladení znižuje náklady na energiu o 71 %

Vedci vyvinuli účinnejší kryogénny chladič, ktorý dokáže dosiahnuť takmer nulovú teplotu až 3,5-krát rýchlejšie a spotrebuje o 71 % menej energie ako súčasné zariadenia. Kryogénne chladenie sa používa na konzervovanie tkanív, vajíčok, spermií a dokonca aj embryí. Využíva sa v CAT skeneroch, ako aj masívnych urýchľovačoch častíc CERN a systémoch maglev.

Pri ultranízkych teplotách sa začína prejavovať zvláštna fyzika. Napríklad supravodivosť umožňuje, aby elektrický prúd prechádzal cez určité materiály s nulovým odporom. Supratekutosť umožňuje kvapalinám, ako je hélium, prúdiť bez akejkoľvek viskozity, dokonca aj ignorovať bežné pravidlá a šplhať sa po stenách nádob. Pri veľmi nízkych teplotách možno pozorovať aj kvantové javy ako Boseho-Einsteinove kondenzáty.

Hlavnou technológiou na dosiahnutie takýchto veľmi nízkych teplôt je impulzový trubicový chladič (Pulse Tube Refrigerator – PTR). Táto metóda je však časovo a energeticky náročná. Výskumníci z NIST (Národný inštitút pre štandardy a technológie) preto zlepšili jej účinnosť úpravou mechanických spojení a ventilov tak, aby bol proces chladenia efektívnejší.  

PTR v podstate funguje na rovnakom princípe ako chladnička vo vašej kuchyni. Využíva stlačený plyn, ktorý potom pri expandovaní odoberá teplo. Namiesto freónu alebo izobutánu však PTR pracuje s héliom, čo mu umožňuje ochladiť veci na teoretické hranice fyziky. Tím zistil, že PTR funguje veľmi dobre pri teplotách blízkych absolútnej nule, ale pri izbovej teplote, kde sa musí začať chladenie, je jeho účinnosť veľmi nízka.

Pri vyšších teplotách je totiž hélium pod takým vysokým tlakom, že sa namiesto ochladzovania stále presúva do poistného ventilu. Zámenou mechanických spojení medzi kompresorom a chladičom a následným nastavením ventilov tak, aby boli na začiatku procesu úplne otvorené a postupne sa zatvárali počas chladenia, mohli vedci dosiahnuť oveľa vyššiu úroveň účinnosti a chladiť veci o polovicu až jednu štvrtinu rýchlejšie. A to všetko bez plytvania cenným héliom.

Keby sa prototyp nového chladiča mohol uviesť na trh, aby nahradil súčasné zariadenia, podľa tímu by sa ušetrilo ročne 27 miliónov wattov energie a dostatok chladiacej vody na naplnenie 5000 olympijských bazénov. Výskum bol publikovaný v časopise Nature Communications.

Zdroj: newatlas.com.