Cos'è criostato?

Criostato

Un criostato è un dispositivo utilizzato per mantenere oggetti a basse temperature. Il termine "criostato" deriva dal greco "cryo" (freddo) e "statos" (stabile). L'obiettivo principale di un criostato è quello di creare e mantenere un ambiente a temperatura controllata, tipicamente molto bassa, rimuovendo il calore. Sono essenziali in una vasta gamma di discipline scientifiche e ingegneristiche, tra cui la <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/superconduttività">superconduttività</a>, la <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/spettroscopia">spettroscopia</a>, la <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/risonanza%20magnetica%20nucleare">risonanza magnetica nucleare</a> (NMR), e la <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/biologia%20strutturale">biologia strutturale</a>.

Principi di Funzionamento

I criostati operano su diversi principi di raffreddamento, che dipendono dalla temperatura target e dalle dimensioni del campione. I metodi comuni includono:

• Criostati a elio liquido: Utilizzano l'elio liquido, che bolle a circa 4.2 K (-268.95 °C), per raffreddare l'oggetto. Tecniche come il <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/pompaggio%20del%20vapore">pompaggio del vapore</a> possono ridurre ulteriormente la temperatura.
• Criostati a azoto liquido: Impiegano azoto liquido, che bolle a circa 77 K (-196 °C), per il raffreddamento. Sono meno costosi e più facili da gestire rispetto ai criostati a elio.
• Criorefrigeratori (Refrigeratori GM e Pulse Tube): Questi criostati utilizzano cicli termodinamici per raggiungere basse temperature. Non richiedono l'uso continuo di criogeni liquidi e sono quindi più adatti per operazioni a lungo termine. Esempi comuni includono i <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/refrigeratori%20di%20Gifford-McMahon">refrigeratori di Gifford-McMahon</a> (GM) e i <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/refrigeratori%20a%20tubo%20a%20impulsi">refrigeratori a tubo a impulsi</a>.
• Criostati a diluizione: Utilizzano una miscela di isotopi di elio (<a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/elio-3">³He</a> e <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/elio-4">⁴He</a>) per raggiungere temperature estremamente basse, fino a pochi milliKelvin.

Componenti Chiave

Un criostato tipico è composto da:

• Camera del campione: Lo spazio in cui viene posizionato l'oggetto da raffreddare.
• Serbatoio criogenico: Contiene il criogeno (elio liquido, azoto liquido, ecc.).
• Schermi di radiazione: Riduce il trasferimento di calore radiante dall'ambiente circostante.
• Sistema di vuoto: Isola termicamente la camera del campione riducendo la conduzione termica attraverso l'aria.
• Termometri e controlli di temperatura: Monitorano e controllano la temperatura all'interno del criostato.
• Sistemi di trasferimento del criogeno: Per riempire o ricaricare il serbatoio criogenico.

Applicazioni

I criostati sono utilizzati in svariati campi:

• Ricerca sulla <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/superconduttività">superconduttività</a>: Essenziali per studiare e utilizzare materiali superconduttori.
• <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/spettroscopia">Spettroscopia</a>: Migliorano la risoluzione e la sensibilità delle misurazioni spettroscopiche.
• <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/risonanza%20magnetica%20nucleare">Risonanza magnetica nucleare (NMR)</a>: Necessari per raffreddare i magneti superconduttori utilizzati negli scanner NMR.
• Microscopia crioelettronica (cryo-EM): Utilizzata in <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/biologia%20strutturale">biologia strutturale</a> per studiare biomolecole.
• Conservazione di campioni biologici: Per la conservazione a lungo termine di cellule, tessuti e altri materiali biologici.

Considerazioni di Sicurezza

L'uso di criostati comporta dei rischi, tra cui:

• Ustioni da freddo: Il contatto diretto con i criogeni o le superfici fredde può causare ustioni da freddo.
• Asfissia: L'evaporazione dei criogeni può ridurre la concentrazione di ossigeno nell'aria.
• Sovrapressione: L'evaporazione dei criogeni in spazi confinati può causare un aumento della pressione.

È essenziale seguire le procedure di sicurezza appropriate e utilizzare dispositivi di protezione individuale (DPI) quando si lavora con i criostati.