Memahami Konsep Kriogenik

SainTek.id - Kriogenik didefinisikan sebagai studi ilmiah tentang bahan dan perilakunya pada suhu yang sangat rendah . Kata tersebut berasal dari bahasa Yunani cryo , yang berarti "dingin", dan genic , yang berarti "menghasilkan". Istilah ini biasanya ditemui dalam konteks fisika, ilmu material, dan kedokteran. Seorang ilmuwan yang mempelajari cryogenics disebut cryogenicist . Bahan kriogenik dapat disebut kriogen . Meskipun suhu dingin dapat dilaporkan menggunakan skala suhu apa pun, skala Kelvin dan Rankine adalah yang paling umum karena merupakan skala absolut yang memiliki angka positif.

Persisnya seberapa dingin suatu zat harus dianggap "kriogenik" masih menjadi bahan perdebatan oleh komunitas ilmiah. Institut Standar dan Teknologi Nasional AS (NIST) menganggap cryogenics mencakup suhu di bawah −180 °C (93,15 K; −292,00 °F), yang merupakan suhu di atas refrigeran biasa (misalnya hidrogen sulfida, freon) berupa gas dan di bawahnya "gas permanen" (misalnya, udara, nitrogen, oksigen, neon, hidrogen, helium) adalah cairan. Ada juga bidang studi yang disebut "kriogenik suhu tinggi", yang melibatkan suhu di atas titik didih nitrogen cair pada tekanan biasa (−195,79 °C (77,36 K; −320,42 °F), hingga −50 °C (223,15 K; −58.00 °F).

Mengukur suhu kriogen membutuhkan sensor khusus. Detektor suhu resistansi (RTD) digunakan untuk melakukan pengukuran suhu serendah 30 K. Di bawah 30 K, dioda silikon sering digunakan. Detektor partikel kriogenik adalah sensor yang beroperasi beberapa derajat di atas nol mutlak dan digunakan untuk mendeteksi foton dan partikel elementer.

Cairan kriogenik biasanya disimpan dalam perangkat yang disebut labu Dewar. Ini adalah wadah berdinding ganda yang memiliki ruang hampa di antara dinding untuk isolasi. Labu Dewar yang dimaksudkan untuk digunakan dengan cairan yang sangat dingin (misalnya, helium cair) memiliki wadah isolasi tambahan yang diisi dengan nitrogen cair. Labu Dewar dinamai menurut penemunya, James Dewar. Labu memungkinkan gas keluar dari wadah untuk mencegah penumpukan tekanan dari pendidihan yang dapat menyebabkan ledakan.

Cairan Kriogenik

Cairan berikut ini paling sering digunakan dalam cryogenics:

Cairan Titik  Didih (K)

Helium-3 3.19

Helium-4 4.214

Hidrogen 20.27

Neon 27.09

Nitrogen 77.36

Udara 78.8

Fluor 85.24

Argon 87.24

Oksigen 90.18

Metana 111.7

Kegunaan Kriogenik

Ada beberapa aplikasi cryogenics. Ini digunakan untuk menghasilkan bahan bakar kriogenik untuk roket, termasuk hidrogen cair dan oksigen cair (LOX). Medan elektromagnetik kuat yang diperlukan untuk resonansi magnetik nuklir (NMR) biasanya dihasilkan oleh elektromagnet superdingin dengan cryogen. Magnetic resonance imaging (MRI) adalah aplikasi NMR yang menggunakan helium cair . Kamera inframerah seringkali membutuhkan pendinginan kriogenik. Pembekuan kriogenik makanan digunakan untuk mengangkut atau menyimpan makanan dalam jumlah besar.

Nitrogen cair digunakan untuk menghasilkan kabut untuk efek khusus dan bahkan koktail dan makanan khusus. Pembekuan bahan menggunakan kriogen dapat membuatnya cukup rapuh untuk dipecah menjadi potongan-potongan kecil untuk didaur ulang. Temperatur kriogenik digunakan untuk menyimpan spesimen jaringan dan darah serta untuk mengawetkan sampel eksperimental. Pendinginan kriogenik superkonduktor dapat digunakan untuk meningkatkan transmisi tenaga listrik untuk kota-kota besar. Pemrosesan kriogenik digunakan sebagai bagian dari beberapa perawatan paduan dan untuk memfasilitasi reaksi kimia suhu rendah (misalnya untuk membuat obat statin).Cryomilling digunakan untuk menggiling bahan yang mungkin terlalu lunak atau elastis untuk digiling pada suhu biasa. Pendinginan molekul (hingga ratusan nano Kelvin) dapat digunakan untuk membentuk keadaan materi yang eksotis. Cold Atom Laboratory (CAL) adalah instrumen yang dirancang untuk digunakan dalam gayaberat mikro untuk membentuk kondensat Bose Einstein (sekitar suhu 1 pico Kelvin) dan menguji hukum mekanika kuantum dan prinsip fisika lainnya.

Disiplin Kriogenik

Cryogenics adalah bidang yang luas yang mencakup beberapa disiplin ilmu, termasuk:

Cryonics - Cryonics adalah cryopreservasi hewan dan manusia dengan tujuan menghidupkan kembali mereka di masa depan.

Cryosurgery - Ini adalah cabang operasi di mana suhu cryogenic digunakan untuk membunuh jaringan yang tidak diinginkan atau ganas, seperti sel kanker atau tahi lalat.

Cryoelectronic s - Ini adalah studi tentang superkonduktivitas, lompatan rentang variabel, dan fenomena elektronik lainnya pada suhu rendah. Aplikasi praktis dari cryoelectronics disebut cryotronics .

Cryobiology - Ini adalah studi tentang efek suhu rendah pada organisme, termasuk pengawetan organisme, jaringan, dan materi genetik menggunakan cryopreservation .

Fakta Menarik Kriogenik

Sementara cryogenics biasanya melibatkan suhu di bawah titik beku nitrogen cair namun di atas nol mutlak, para peneliti telah mencapai suhu di bawah nol mutlak (disebut suhu Kelvin negatif). Pada tahun 2013 Ulrich Schneider di Universitas Munich (Jerman) mendinginkan gas di bawah nol mutlak, yang dilaporkan membuatnya lebih panas, bukan lebih dingin!