Применение гелия в криогенных технологиях: от МРТ до суперпроводимости

Криогенные технологии, основанные на использовании низких температур, стали неотъемлемой частью современной науки и промышленности. Одним из наиболее важных хладагентов, применяемых в этих технологиях, является гелий.

Гелий — это легкий инертный газ, обладающий рядом уникальных свойств при низких температурах, что делает его ценным ресурсом для различных областей исследования и применения.

В данной статье мы рассмотрим применение гелия в криогенных технологиях, начиная от Магнитно-резонансной томографии (МРТ) и заканчивая технологиями сверхпроводимости.

Вы хотите украсить свой праздник яркими и легкими шариками? Тогда вам нужен баллон с гелием! С ним вы сможете надуть столько шариков, сколько захотите, и создать неповторимую атмосферу веселья и радости. Компания «Гермес-газ» предлагает вам баллон с гелием купить по выгодной цене и с доставкой по Москве и Санкт-Петербургу!

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — это неразрушающий метод визуализации внутренних структур организма с помощью магнитного поля и радиочастотных импульсов. В этом методе гелий используется для охлаждения магнитов, создающих сильное постоянное магнитное поле, необходимое для образования изображения.

Обычно для МРТ используются сверхпроводящие магниты, которые работают при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю (0 К или -273,15°C).

Температура около 4 К (-269°C) обеспечивается с помощью жидкого гелия, который обладает уникальными холодоносительными свойствами. Жидкий гелий легко парится при атмосферном давлении, за счет чего обеспечивается эффективное охлаждение магнитов.

Таким образом, гелий играет решающую роль в обеспечении высокой стабильности магнитного поля, что позволяет получать четкие и качественные изображения при МРТ.

Сверхпроводимость — это явление, при котором некоторые материалы теряют свою электрическую сопротивление при очень низких температурах. Это свойство делает суперпроводники очень полезными в различных областях, включая передачу электроэнергии без потерь, создание мощных магнитных полей и разработку высокочастотных электронных устройств.

Однако большинство суперпроводников работают при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю. Для их охлаждения используются две стадии криогенного охлаждения: первая стадия сопоставима с использованием жидкого азота (около 77 К или -196°C), а вторая стадия требует жидкого гелия для достижения температур ниже 10 К (-263°C).

Таким образом, гелий играет критическую роль в обеспечении условий для работы суперпроводников, повышая их эффективность и экономичность.

В физике элементарных частиц используются крупные ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер (БАК) в CERN. Эти ускорители требуют мощных магнитных систем, которые реализуются с помощью сверхпроводников.

Важно отметить, что для работы этих ускорителей необходимо создавать очень сильные магнитные поля. Гелий играет ключевую роль в охлаждении суперпроводников и поддержании необходимых температур для обеспечения стабильности магнитных полей в ускорителях частиц.

Сверхпроводящие квантовые вычисления — это перспективная область исследований, в которой использование свойств сверхпроводников может привести к значительному увеличению вычислительной мощности.

Это достигается благодаря созданию и управлению квантовыми кубитами, которые могут быть реализованы с помощью суперпроводников. Здесь гелий вновь востребован для охлаждения суперпроводников до экстремально низких температур, что необходимо для стабильного функционирования кубитов и предотвращения дестабилизации квантовых состояний.

Гелий также находит применение в промышленности для криогенных систем охлаждения при производстве полупроводников, лазеров, а также в химической и нефтегазовой промышленности.

Использование гелия в криогенных технологиях охватывает широкий спектр областей — от медицины и научных исследований до промышленных приложений. Благодаря своим уникальным свойствам, гелий играет ключевую роль в обеспечении низких температур, что позволяет реализовать различные технологии и сделать значительные шаги вперед в различных областях знаний и индустрии.