kryogene Gase

kryogene Gase,

 

zur Erzeugung tiefer Temperaturen (Tieftemperaturphysik) aus Gasverflüssigung gewonnene Kühlmittel, die sich unter Normdruck bei einer kritischen Temperatur unterhalb der Raumtemperatur (Normzustand) verflüssigen. Die diversen Verflüssigungsverfahren basieren meist auf der jouleschen Expansion beziehungsweise auf dem Joule-Thomson-Effekt.

 

Häufig verwendet werden z. B. die Gase Stickstoff, N₂ (Siedetemperatur bei Normdruck T_S = 77,3 K, das sind rund —196 ºC ), Parawasserstoff (T_S = 20,3 K) oder Helium, ⁴He (T_S = 4,2 K). Bei der Auswahl des Kühlmittels muss zwischen der guten Handhabbarkeit und den niedrigen Kosten, die Stickstoff aufweist, und den tieferen Temperaturen des explosionsfähigen flüssigen Wasserstoffs und des teuren und flüchtigen Heliums abgewogen werden; als Standard wird meist Helium verwendet. Luft eignet sich im Allgemeinen nicht als kryogenes Gas, da ihre Bestandteile bei unterschiedlichen Temperaturen in feste Phasen kondensieren, was in Kühlsystemen zu Verunreinigungen und damit zu Leitungsverstopfung führen kann.

 

Nicht alle Temperaturbereiche lassen sich mithilfe von kryogenen Gasen abdecken. Die Temperaturbereiche zwischen den Siedepunkten werden durch Kaltgaskühlung überbrückt; dabei wird die tiefe Temperatur des aus der gewonnenen Flüssigkeit wieder verdampften Restflussgases ausgenutzt. Durch Abpumpen des Gasdrucks über der Flüssigkeit können für eine gewisse Zeit auch Temperaturen unterhalb von T_S aufrecht erhalten werden (z. B. bis zu 0,8 K für Helium).