DÜŞÜK SICAKLIKLAR FİZİĞİ olarak da bilinir, düşük sıcaklıklarda gerçekleşen olayları oluşturmayı ve bunların uygulamalarını konu edinen bilim dalı.
İngilizce’de : Cryonıcs olarak adlandırılır.
Düşük sıcaklıklar -150*C ile molekül devinimin kurumsal açıdan olanaklı en düşük (tümüyle sona ermey eyakın) düzeye indiği -273*C (mutlak sıfır) arasındaki sıcaklıklar olarak tanımlanır. DÜşük sıcaklıklarda genellikle Kelvin sıcaklık ölçeği kullanılır. Bu ölçekte mutlak sıfır, derece simgesi kullanılmaksızın, 0 K olarak gösterilir. Celsius (santigrat) ölçeğinden Kelvin ölçeğine geçmek için Celsius derecesine 273 eklenmesi gerekir.
Düşük sıcaklıklar alışılmış fiziksel süreçlerde karşılaşan sıcaklıklara göre çok daha düşüktür. Bu aşırı koşullarda cisimlerin mekanik dayanım, ısıl iletkenlik, süneklik ve elektriksel direnç gibi özellklerinde hem kurumsal hem de ticari açıdan önemli değişiklikler ortaya çıkar. Isı, moleküllerin rasgele devinimlerinden kaynaklandığı için düşük sıcaklıklardaki malzemeler maddenin statik ve çok düzenli haline olabildiğince yakındır.
Kriyojeninin 1877’de doğduğu kabul edilir; bu, oksijenin )= K’ye (-183*C) kadar soğutularak sıvılaştırıldığı yıldır. O günden bu yana kriyojenideki kurumsal gelişmeler soğutma sistemlerindeki gelişmelerle yakın ilişki içinde olmuştur. 1895’te 40 K’ye ulaşıldığında havanın sıvılaştırılması ve ana bileşenlerine ayrılması olanaklı oldu ve ana bileşenlerine ayrılması olanaklı oldu; 1908’de helyum sıvılaştırıldı (4,2K).
Aşırı soğutulan metallerin çoğunun elektriğe karşı dirençlerini tümüyle yitirdikleri (üstüniletkenlik olarak adlandırılan olgu) 1911’de keşfedildi. 1920’lere ve 30’lara gelindiğidne mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara ulaşılmıştı; 1960’larda ise 0,000001 K’lik, bir başka deyişle mutlak sıfırın yalnızca milyonda bir derece üzerindeki sıcaklıklar elde edilebiliyordu.
3 K’nin altındaki sıcaklıklar daha çok laboratuvar çalışmalarında, özellikle de helyumun niteliklerinin araştırılmasında kullanılmaktadır. Helyum 4,2K’de sıvalşır ve helyum 1 olarak bilinen hale geçer; 2,19 K’ye inildiğinde ise birdenbire helyum II’ye dönüşür. Helyum II’nin ağdalılığı öylesine düşüktür ki sıvı cam kapların kenarlarına tırmanabilir, normal sıvıların ve helyum I’in geçmesi olanaksız mikroskopik deliklerden geçebilir. (Helyum I ile helyum II kimyasal olarak birbirilerine özdeştir.) Bu özelliğe üstünakışkanlık denir.
Düşük sıcaklıklarda gaz sıvılaştırma tekniğinin en önemli ticari uygulaması sıvılaştırılmış doğal gazın depolanması ve taşınmasıdır. Metan, etan ve başka yanıcı gazların karışımı olan doğal gaz 110K’de sıvılaşır ve hacmi oda sıcaklığındaki gaz hacminin 600’de birine iner; böylece özel yalıtılmış tankerlerle hızlı bir biçimde taşınması olanaklı olur.
Çok düşük sıcaklıklarda besinlerin basit ve ucuz bir biçimde saklanmasında da yararlanılmaktadır. Bu amaçla besin maddesi kapalı bir tanka konur ve üzerine sıvı azot püskürtülür. Azot besin maddesinin ısısını soğurarak buharlaşır.
Kriyojeniden tıpta da yararlanılmaktadır.Düşük sıcaklıklı bir neşter ya da sonda hastalıklı dokuyu dondurma amacıyla kullanılabilir. Bu işlem sonucunda ölen hücreler daha sonra normal vücut süreçleriyle atılır. Dokuyu kesme yerine dondurmaya dayanan bu yöntemin üstünlüğü daha az kanamaya yol açmasıdır. Sıvı azotla soğutulmuş neşterler düşük sıcaklıklar cerrahisinde kullanılır, bu yöntem bademcik, basur, siğil, katarakt ve bazı urların alınmasında başarıyla uygulanmıştır.
Parkinson hastalığı olan binlerce hasta, beyinde bu hastalığa yol açtığı sanılan küçük bölgelerin dondurulması yöntemiyle tedavi edilmiştir.
Düşük sıcaklıklar fiziği uzay araçlarında da uygulama alanı bulmuş, 1981’de ABD uzay mekiği “Columbia”, sıvı hidrojen-sıvı-oksijen iticilerle fırlatılmıştır.
Maddenin çok düşük sıcaklıklarda gözlenen özelliklerinden en önemlisi üstüneiletkenliktir. Üstüniletkenliğin başlıca uygulama alanlarından birisi parçacık hızlandırıcılarında kullanılan üstüneiletkenli elektro mıknatısların yapımıdır. Parçacık hızlandırıcıları öylesien güçlü magnetik alanlarla gereksinme gösterirler ki, geleneksel elektromıknatıslar magnetik alanı oluşturmak için gerekli akımların etkisiyle eriyebilir.
İçinden elektrik akımı geçen kabloların sıvı helyum yardımıyla yaklaşık 4K’ye soğutulması, elektriksel direncin yol açtığı ısı oluşumunu ortadan kaldırır ve iletkenlerden çok daha yüksek şiddette akımların geçirilmesine olanak sağlar.
İngilizce’de : Cryonıcs olarak adlandırılır.
Düşük sıcaklıklar -150*C ile molekül devinimin kurumsal açıdan olanaklı en düşük (tümüyle sona ermey eyakın) düzeye indiği -273*C (mutlak sıfır) arasındaki sıcaklıklar olarak tanımlanır. DÜşük sıcaklıklarda genellikle Kelvin sıcaklık ölçeği kullanılır. Bu ölçekte mutlak sıfır, derece simgesi kullanılmaksızın, 0 K olarak gösterilir. Celsius (santigrat) ölçeğinden Kelvin ölçeğine geçmek için Celsius derecesine 273 eklenmesi gerekir.
Düşük sıcaklıklar alışılmış fiziksel süreçlerde karşılaşan sıcaklıklara göre çok daha düşüktür. Bu aşırı koşullarda cisimlerin mekanik dayanım, ısıl iletkenlik, süneklik ve elektriksel direnç gibi özellklerinde hem kurumsal hem de ticari açıdan önemli değişiklikler ortaya çıkar. Isı, moleküllerin rasgele devinimlerinden kaynaklandığı için düşük sıcaklıklardaki malzemeler maddenin statik ve çok düzenli haline olabildiğince yakındır.
Kriyojeninin 1877’de doğduğu kabul edilir; bu, oksijenin )= K’ye (-183*C) kadar soğutularak sıvılaştırıldığı yıldır. O günden bu yana kriyojenideki kurumsal gelişmeler soğutma sistemlerindeki gelişmelerle yakın ilişki içinde olmuştur. 1895’te 40 K’ye ulaşıldığında havanın sıvılaştırılması ve ana bileşenlerine ayrılması olanaklı oldu ve ana bileşenlerine ayrılması olanaklı oldu; 1908’de helyum sıvılaştırıldı (4,2K).
Aşırı soğutulan metallerin çoğunun elektriğe karşı dirençlerini tümüyle yitirdikleri (üstüniletkenlik olarak adlandırılan olgu) 1911’de keşfedildi. 1920’lere ve 30’lara gelindiğidne mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara ulaşılmıştı; 1960’larda ise 0,000001 K’lik, bir başka deyişle mutlak sıfırın yalnızca milyonda bir derece üzerindeki sıcaklıklar elde edilebiliyordu.
3 K’nin altındaki sıcaklıklar daha çok laboratuvar çalışmalarında, özellikle de helyumun niteliklerinin araştırılmasında kullanılmaktadır. Helyum 4,2K’de sıvalşır ve helyum 1 olarak bilinen hale geçer; 2,19 K’ye inildiğinde ise birdenbire helyum II’ye dönüşür. Helyum II’nin ağdalılığı öylesine düşüktür ki sıvı cam kapların kenarlarına tırmanabilir, normal sıvıların ve helyum I’in geçmesi olanaksız mikroskopik deliklerden geçebilir. (Helyum I ile helyum II kimyasal olarak birbirilerine özdeştir.) Bu özelliğe üstünakışkanlık denir.
Düşük sıcaklıklarda gaz sıvılaştırma tekniğinin en önemli ticari uygulaması sıvılaştırılmış doğal gazın depolanması ve taşınmasıdır. Metan, etan ve başka yanıcı gazların karışımı olan doğal gaz 110K’de sıvılaşır ve hacmi oda sıcaklığındaki gaz hacminin 600’de birine iner; böylece özel yalıtılmış tankerlerle hızlı bir biçimde taşınması olanaklı olur.
Çok düşük sıcaklıklarda besinlerin basit ve ucuz bir biçimde saklanmasında da yararlanılmaktadır. Bu amaçla besin maddesi kapalı bir tanka konur ve üzerine sıvı azot püskürtülür. Azot besin maddesinin ısısını soğurarak buharlaşır.
Kriyojeniden tıpta da yararlanılmaktadır.Düşük sıcaklıklı bir neşter ya da sonda hastalıklı dokuyu dondurma amacıyla kullanılabilir. Bu işlem sonucunda ölen hücreler daha sonra normal vücut süreçleriyle atılır. Dokuyu kesme yerine dondurmaya dayanan bu yöntemin üstünlüğü daha az kanamaya yol açmasıdır. Sıvı azotla soğutulmuş neşterler düşük sıcaklıklar cerrahisinde kullanılır, bu yöntem bademcik, basur, siğil, katarakt ve bazı urların alınmasında başarıyla uygulanmıştır.
Parkinson hastalığı olan binlerce hasta, beyinde bu hastalığa yol açtığı sanılan küçük bölgelerin dondurulması yöntemiyle tedavi edilmiştir.
Düşük sıcaklıklar fiziği uzay araçlarında da uygulama alanı bulmuş, 1981’de ABD uzay mekiği “Columbia”, sıvı hidrojen-sıvı-oksijen iticilerle fırlatılmıştır.
Maddenin çok düşük sıcaklıklarda gözlenen özelliklerinden en önemlisi üstüneiletkenliktir. Üstüniletkenliğin başlıca uygulama alanlarından birisi parçacık hızlandırıcılarında kullanılan üstüneiletkenli elektro mıknatısların yapımıdır. Parçacık hızlandırıcıları öylesien güçlü magnetik alanlarla gereksinme gösterirler ki, geleneksel elektromıknatıslar magnetik alanı oluşturmak için gerekli akımların etkisiyle eriyebilir.
İçinden elektrik akımı geçen kabloların sıvı helyum yardımıyla yaklaşık 4K’ye soğutulması, elektriksel direncin yol açtığı ısı oluşumunu ortadan kaldırır ve iletkenlerden çok daha yüksek şiddette akımların geçirilmesine olanak sağlar.