Криогенный дьюар для хранения

Самонагнетающийся дьюар (серебро) наполняется жидким азотом из большего резервуара для хранения (белого цвета).

Дьюар для криогенного хранения (или просто Дьюар ) — это специализированный тип вакуумной колбы , используемый для хранения криогенов (таких как жидкий азот или жидкий гелий ), точки кипения которых намного ниже комнатной температуры . Он назван в честь изобретателя Джеймса Дьюара , который разработал его для своей работы. Они широко используются в низких температур физике и химии .

Дьюары для криогенного хранения могут различаться по размеру и принимать различные формы, включая открытые ведра , колбы со свободно закрывающимися пробками и самонагнетающиеся резервуары. высокий вакуум Все сосуды Дьюара имеют стенки, состоящие из двух или более слоев, при этом между слоями поддерживается . Это обеспечивает очень хорошую теплоизоляцию между внутренней и внешней частью дьюара, что снижает скорость выкипания содержимого. При конструкции дьюаров принимаются меры предосторожности для безопасного управления газом, который выделяется при медленном кипении жидкости.

Дизайн

Простейшие сосуды Дьюара позволяют газу выходить либо через открытый верх, либо через неплотно прилегающую пробку. Более сложные дьюары улавливают газ над жидкостью и удерживают его под высоким давлением. Это увеличивает температуру кипения жидкости, что позволяет хранить ее в течение длительного периода времени. Избыточное давление пара автоматически сбрасывается через предохранительные клапаны. Сосуды Дьюара также спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к любым проколам для сохранения содержимого, поскольку производство криогенов дорогое, а запасы некоторых из них (например, гелия) в мире ограничены.

Способ декантации жидкости из дьюара зависит от его конструкции. Простые сосуды Дьюара можно наклонять, чтобы выливать жидкость через горлышко. В конструкциях с самонагнетанием давление газа в верхней части дьюара вынуждает жидкость подниматься вверх через трубу, ведущую к горлышку.

Безопасность

Выбранные коэффициенты расширения

Криогенный жидкость	Расширение соотношение
азот (LN2)	1:696
гелий (LHe)	1:757
аргон (LAr)	1:847
водород (LH2)	1:851
кислород (LO2)	1:860
неон (LNe)	1:1438

Криогены представляют собой несколько угроз безопасности , и емкости для их хранения спроектированы таким образом, чтобы снизить связанный с этим риск.

Во-первых, никакой дьюар не может обеспечить идеальную теплоизоляцию, и криогенная жидкость медленно выкипает, образуя огромное количество газа. Это известно как скорость испарения жидкого азота . В дьюарах с открытым верхом газ просто выходит в окружающую среду. Однако внутри запечатанных дьюаров может возникнуть очень высокое давление, поэтому принимаются меры предосторожности, чтобы свести к минимуму риск взрыва. Один или несколько клапанов сброса давления позволяют газу выходить из дьюара всякий раз, когда давление становится чрезмерным. Во время инцидента, произошедшего в 2006 году в Техасском университете A&M , устройства сброса давления в резервуаре с жидким азотом были закрыты латунными заглушками. В результате танк катастрофически вышел из строя и взорвался.

Во-вторых, если дьюар оставить открытым на воздухе в течение длительного времени, атмосферные химические вещества могут конденсироваться или замерзать при контакте с криогенным материалом. Это может привести к появлению загрязнений. Если эти материалы замерзнут, например, водяной пар превратится в лед , они могут заблокировать отверстия, что приведет к повышению давления и риску взрыва.

В-третьих, газ, выходящий из дьюара, может постепенно вытеснять кислород из воздуха в окружающей зоне, что представляет опасность удушья . Пользователей обучают хранить сосуды Дьюара только в хорошо проветриваемом помещении, а перед транспортировкой сосудов Дьюара на лифте избыточное давление газа стравливается, и сосуды Дьюара отправляются без сопровождения к месту назначения.