4 modi in cui possono essere utilizzate le applicazioni criogeniche dell'elio

L'elio è un gas con proprietà che lo rendono utile per molti scopi diversi, dal raffreddamento al sollevamento dei dirigibili. Comprendendo le basi dei suoi principi criogenici, possiamo capire come funziona questo gas e i suoi vari usi.

Gli aspetti della scienza criogenica emersero negli esperimenti dell'inizio del XIX secolo di Faraday e Joule. La criogenia prevede il sottoporre i materiali a temperature estremamente basse, solitamente inferiori a -150 °C.

L’uso di liquidi criogenici, come l’azoto liquido o l’elio liquido, ci ha permesso di raggiungere temperature estreme in modo sicuro senza doverci preoccupare dei rischi di incendio associati ai processi a temperatura più elevata. Queste sostanze svolgono un ruolo fondamentale quando si lavora su qualsiasi progetto che coinvolga ambienti freddi.

L'elio ha molteplici proprietà che possono essere utilizzate nei processi criogenici. Il suo punto di ebollizione è inferiore a quello della maggior parte degli altri elementi, rendendolo adatto a raggiungere temperature molto basse in modo rapido ed efficiente.

Il processo rimane inoltre sicuro grazie alla sua proprietà di non tossicità. Non c'è da meravigliarsi che così tante industrie facciano sempre più affidamento sui principi criogenici e sulle applicazioni dell'elio.

La criogenia si occupa della produzione e del comportamento dei materiali a temperature estremamente basse. L'intervallo di temperatura per i liquidi criogenici come l'elio è compreso tra -271,15°C e -196°C. Le applicazioni criogeniche sfruttano proprietà quali maggiore resistenza, migliore conduttività elettrica e migliore isolamento termico in questi ambienti a bassa temperatura.

I principi alla base della tecnologia criogenica implicano il controllo della velocità di raffreddamento. Questo viene fatto utilizzando punti di ebollizione e velocità di evaporazione per raggiungere l'intervallo di temperatura desiderato. In alcuni casi, ciò comporta l’utilizzo di refrigeranti meccanici o addirittura di azoto liquido per raffreddare rapidamente i materiali fino a temperature inferiori allo zero. Manipolando il suo ambiente, un materiale può essere raffreddato al di sotto della temperatura ambiente senza cambiare il suo stato fisico da solido a liquido.

Tuttavia, non tutti i materiali rispondono allo stesso modo se esposti a condizioni di freddo estremo. Ad esempio, l’elio rimane un gas indipendentemente da quanto viene raffreddato, mentre l’acqua si trasforma in ghiaccio a 0°C. Comprendere le caratteristiche uniche di ciascun materiale a diverse temperature aiuta gli scienziati a determinare quali sostanze sono più adatte per specifiche applicazioni criogeniche.

L'elio è un elemento che ha due isotopi presenti in natura, l'elio-3 e l'elio-4. L'elio-4 è il più abbondante di questi due isotopi e comprende circa il 99,9% di tutti gli atomi di elio naturali sulla Terra.

Ha una serie di proprietà uniche che lo hanno reso prezioso nelle applicazioni criogeniche.

Quando raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto (-273°C), l'elio liquido presenta superfluidità, uno stato in cui la sua viscosità scende a zero e può fluire senza alcuna resistenza. Questa proprietà consente ai piccoli oggetti immersi nell'elio liquido di muoversi più velocemente che in normali condizioni di gravità, rendendoli utili per scopi di ricerca scientifica.

Inoltre, la bassa temperatura di condensazione rende l’elio ideale per la riduzione della pressione in alcuni processi industriali come la criogenia e la produzione di semiconduttori.

Altre caratteristiche chiave dell'elio includono:

L’elio svolge un ruolo importante in molti settori e settori, tra cui quello aerospaziale, la produzione di energia nucleare, l’imaging medico e la produzione elettronica. Comprendere come si comportano i diversi elementi a temperature e pressioni estreme aiuta gli scienziati a comprendere meglio le leggi fisiche fondamentali che governano il nostro Universo. Questo ci porta più vicini alla scoperta dei segreti sulla natura della materia stessa.

Le temperature criogeniche vengono raggiunte utilizzando l'elio come agente di raffreddamento. Per mantenere queste temperature estremamente basse, i sistemi criogenici devono essere sigillati e isolati da fonti esterne di calore. Ciò consente loro di rimanere a temperature stabili consentendo comunque lo scambio di energia tra i diversi componenti.