Cryogenics
จาก Thailand Science and Technology Wikipedia
Cryogenics
ไครโอเจนิกส์ (Cryogenics) คือศาสตร์ของอุณหภูมิต่ำมากๆ เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ว่าด้วยคุณสมบัติของสสารที่อุณหภูมิต่ำมากๆ ปรากฏการณ์ที่เกิดเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมากๆ วิธีการที่จะสร้างอุณหภูมิต่ำมากๆ และการรักษาสภาพของอุณหภูมิต่ำมากๆ นั้น
อุณหภูมิที่ต่ำมากๆ สำหรับไครโอเจนิกส์ หมายถึงอุณหภูมิที่ต่ำจากระดับไนโตรเจนเหลว (-196 องศาเซลเซียส) ลงไปถึงระดับใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์หรือเคลวิน (Kelvin) หรือ -273.15 องศาเซลเซียส
สสารมีสถานะทั้งหมดสี่สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และ พลาสมา สสารชนิดต่างๆ สามารถดำรงสถานะต่างๆ กันได้ เช่น เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน ตัวอย่างคือ น้ำ ที่เป็นได้ทั้งของแข็ง (น้ำแข็ง) ของเหลว (น้ำ) และก๊าซ (ไอน้ำ)
ที่อุณหภูมิต่ำมากๆ คุณสมบัติของสสารหลายชนิดจะเปลี่ยนไปมากอย่างไม่น่าเป็นไปได้ จนกระทั่งทำให้เกิดสภาวะและเทคโนโลยีแปลกใหม่มากมาย ซึ่งอาจ "เปลี่ยนโลก" และ "สภาวะแห่งความเป็นมนุษย์" ได้
คุณสมบัติของสสารที่เปลี่ยนไปเมื่ออุณหภูมิของสสารถูกลดต่ำลงมากๆ มีทั้งคุณสมบัติทางความร้อน ทางกลศาสตร์ (เช่น ความแข็ง ความเปราะ ฯลฯ) ทางไฟฟ้า (เช่น การนำไฟฟ้า ฯลฯ) และทางแสง (เช่น ดัชนีหักเหของแสง ความทึบแสงหรือโปร่งแสง ฯลฯ)
สาเหตุใหญ่ของความเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของสสารที่อุณหภูมิต่ำมากๆ มาจากธรรมชาติเกี่ยวกับการสั่น (vibration) ของอะตอมที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสสาร...
กล่าวคือโดยปกติแล้วอะตอมทุกอะตอมของสสารล้วนแต่ไม่หยุดนิ่งอยู่กับที่ อะตอมทุกอะตอมล้วนแต่มีการเคลื่อนไหวในการสั่นอยู่กับที่ และระดับการสั่นของอะตอมจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน...
ถ้าความดันคงที่ อะตอมจะสั่นน้อยลง เมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง และที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ อะตอมก็จะสั่นน้อยมาก
จากการที่อะตอมยิ่งสั่นน้อยลงเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลงนี้เอง ทำให้การศึกษาคุณสมบัติของสสารเจาะลึกลงไปถึงระดับอะตอมทำได้ง่ายขึ้นด้วย
การลดอุณหภูมิให้ต่ำลงถึงระดับของไครโอเจนิกส์ทำได้หลายวิธี วิธีง่ายที่สุด และใช้กันมากที่สุดคือ อาศัยก๊าซบางชนิดที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมากๆ เช่น ฮีเลียมเหลว ซึ่งมีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ 4 เคลวิน (-269 องศาเซลเซียส) หรือไฮโดรเจนเหลว (ที่อุณหภูมิ 20 เคลวิน หรือ -253 องศาเซลเซียส) หรือไนโตรเจนเหลว
วิธีอื่นๆ ที่ใช้ลดอุณหภูมิได้ เช่น วิธีทางกลศาสตร์ ใช้หลักการอัดและการขยายของก๊าซบางชนิด ซึ่งเป็นวิธีการลดอุณหภูมิสำหรับเครื่องทำความเย็นดังเช่นตู้เย็น
สำหรับการลดอุณหภูมิให้ต่ำลงมากๆ ใกล้ศูนย์เคลวิน จริงๆ ที่ใช้กันมากในการศึกษาวิจัยทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์จะเลือกใช้วิธีทางแม่เหล็ก เรียก adiabatic demagnetization โดยวิธีนี้สามารถจะลดอุณหภูมิลงถึง 10 เคลวินทีเดียว
ประโยชน์ของโครโอเจนิกส์มีมากมายตั้งแต่เรื่องการศึกษาวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่อุณหภูมิต่ำมากๆ ถึงเรื่องเทคโนโลยีทางการแพทย์ เทคโนโลยีการสร้างวัสดุชนิดใหม่ๆ สำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ เชื้อเพลิงสำหรับยาวอวกาศ เรื่องของซูเปอร์คอมดักเตอร์ (superconductor) เรื่องการแช่แข็งอวัยวะเพื่อการปลูกถ่าย และเรื่องการแช่แข็งมนุษย์เพื่อ "ความเป็นอมตะ"
ไครโอเจนิกส์ (Cryogenics) เป็นอีกคำหนึ่งในวงการวิทยาศาสตร์ที่มีความหมายเช่นเดียวกับไครโอเจนิกส์ ศัพท์บัญญัติภาษาไทยฉบับราชบัณฑิตยสถานสำหรับ cryogenics คืออติสีตศาสตร์
