Past haroratlar fizikasi. Past haroratning tirik organizmlar va jonsiz moddalarga ta'siri

Past haroratli fizika tadqiqotlarining ahamiyati va qo'llanilishi

Past haroratlarni o'rganish ikkita hayratlanarli hodisani - o'ta o'tkazuvchanlik va ortiqcha suyuqlikni kashf etishga olib keldi. Bu ikkala hodisa ham moddalarning oddiy haroratdagi xossalaridan juda farq qiladi. Haroratning pasayishi bilan moddalarning xossalari o'zaro ta'sirlarning mavjudligi bilan bog'liq xususiyatlarni ko'rsata boshlaydi, ular oddiy haroratlarda atomlarning kuchli issiqlik harakati bilan bostiriladi. Past haroratlarda kashf etilgan yangi qonuniyatlarni faqat kvant mexanikasi asosida izchil tushuntirish mumkin.

Xususan, kvant mexanikasining noaniqlik printsipi va natijada mutlaq nol haroratda nol nuqtali tebranishlarning mavjudligi geliyning 0 ga qadar suyuq holatda qolishini tushuntiradi.
60-yillardan boshlab. 20-asr Makroskopik masofadagi to'lqin funksiyalarining fazoviy kogerentligi alohida ahamiyatga ega bo'lgan bir qator qiziqarli effektlar topildi (super o'tkazuvchan tunnel, Jozefson effekti).
Neytral kvant Fermi suyuqligiga misol bo'lgan suyuqlik ^{3 He} xususiyatlarini o'rganish katta ahamiyatga ega . Endi aniqlanganidek, taxminan 3 mK haroratda va taxminan 34 bar ^{3 bosimda} U yopishqoqlikning sezilarli darajada pasayishi bilan birga fazali o'zgarishlarga uchraydi (o'ta suyuqlik holatiga o'tadi).
Past haroratli fizikaning rivojlanishi qattiq jismlarning kvant nazariyasini, xususan, umumiy nazariy sxemani yaratishga katta hissa qo'shdi, unga ko'ra past haroratlarda moddaning holatini ideal tartiblangan holatning superpozitsiyasi deb hisoblash mumkin. 0 K ga to'g'ri keladi va elementar qo'zg'alishlar gazi - kvazizarralar . Har xil turdagi kvazizarralarning (fononlar, teshiklar, magnonlar va boshqalar) kiritilishi past haroratlarda moddalarning turli xil xossalarini tasvirlash imkonini beradi.
Elementar qo'zg'alishlar gazining termodinamik xususiyatlari materiyaning kuzatilgan makroskopik muvozanat xususiyatlarini aniqlaydi. O'z navbatida, statistik fizika usullari qo'zg'alishlar gazining xossalarini kvazizarralarning energiyasi va impulsi o'rtasidagi bog'liqlik tabiatidan (dispersiya qonuni) taxmin qilish imkonini beradi.
Past haroratlarda qattiq jismlarning issiqlik sig'imi, issiqlik o'tkazuvchanligi va boshqa issiqlik va kinetik xususiyatlarini o'rganish fononlar va boshqa kvazizarralar uchun dispersiya qonunini o'rnatish imkonini beradi. Ferro- va antiferromagnitlarning magnitlanishining haroratga bog'liqligi magnonlarning dispersiya qonuni (spin to'lqinlari) nuqtai nazaridan tushuntiriladi. Elektronlarning metallarda tarqalishi qonunini o'rganish past haroratli fizikaning yana bir muhim sohasidir.
Geliy temperaturasida panjaraning termal tebranishlarining zaiflashishi va sof moddalardan foydalanish metallardagi elektronlarning harakatini yoritishga imkon berdi. Har xil turdagi magnit-rezonanslarni o'rganishda past haroratlardan foydalanish muhim rol o'ynaydi.
O'ta past haroratgacha sovutish yadro fizikasida elementar zarrachalar tarqalishining anizotropiyasini o'rganishda qutblangan yadroli nishonlar va manbalarni yaratish uchun ishlatiladi. Bunday manbalar, xususan, paritetning saqlanmaganligi muammosi bo'yicha hal qiluvchi tajribalar o'tkazishga imkon berdi.
Past haroratlar yarim o'tkazgichlarni, molekulyar kristallarning optik xususiyatlarini o'rganishda va boshqa ko'p hollarda qo'llaniladi.
Kimyo sanoatida past haroratlar sintetik ammiak, bo'yoqlar ishlab chiqarishda, gaz aralashmalarini suyultirish va ajratish, eritmalardan tuzlarni ajratish va boshqalar uchun ishlatiladi.
Neftni qayta ishlash sanoatida sovuq yuqori oktanli benzinlar, ayrim turdagi moylash moylari va boshqalarni ishlab chiqarishda kerak.
Sun'iy sovutish mashinasozlikda (masalan, qismlarni sovuq qo'nishda), qurilishda (tuproqni muzlatishda), tibbiyotda, yil davomida ishlash uchun sun'iy muz maydonchalarini qurishda, dengiz suvini tuzsizlantirishda va boshqalarda qo'llaniladi.
Texnikada past haroratlarning asosiy qo'llanilishidan biri gazlarni ajratishdir. Kislorod va azotni katta miqdorda ishlab chiqarish havoni suyultirishga, so'ngra uni distillash ustunlarida azot va kislorodga ajratishga asoslangan. Suyuq kislorod va azotdan foydalanish xilma-xildir, xususan, kislorod raketa yoqilg'isida oksidlovchi sifatida xizmat qiladi.
Past haroratlar faollashtirilgan uglerod yoki zeolitda (adsorbsion nasos) adsorbsiyalash yoki sovutgich idishining metall devorlariga to'g'ridan-to'g'ri kondensatsiya qilish orqali yuqori vakuum olish uchun ishlatiladi. Yuqori vakuum va past haroratgacha sovutish kosmosga xos sharoitlarni taqlid qilish va ushbu sharoitlarda materiallar va qurilmalarni sinab ko'rish imkonini beradi.
Suyuq havo yoki azot haroratiga sovutish tibbiyotda muhim qo'llanmalarni topa boshladi. Past haroratlarda to'qimalarni mahalliy muzlatishga qodir bo'lgan asboblar yordamida miya shishi, urologik va boshqa kasalliklarni jarrohlik davolash amalga oshiriladi. Past haroratlarda tirik to'qimalarni uzoq muddatli saqlash imkoniyati ham mavjud.
Past haroratlarni texnik qo'llashning yana bir yo'nalishi supero'tkazuvchanlikni qo'llash bilan bog'liq. Bu erda eng muhim rolni zaryadlangan zarracha tezlatgichlari, yo'l asboblari (pufak kameralari va boshqalar), magnit gidrodinamik generatorlar va turli laboratoriya tadqiqotlari uchun zarur bo'lgan kuchli magnit maydonlarni (~ 103 kOe) yaratish o'ynaydi .