Mis on krüojahuti?

Krüojahuti on seade, mida kasutatakse keskkonna ja kõige selle sees oleva jahutamiseks äärmiselt külma temperatuurini. Seda kasutatakse tavaliselt teadus- ja insenerirakendustes ning see on loodud saavutama tunduvalt madalamaid temperatuure, mis on tavaliste seadmete puhul saavutatavad. Krüojahuti jaoks ei ole ametlikult määratletud temperatuurinõuet. Seadet, mis suudab jahutada umbes -238 kraadi Fahrenheiti (või umbes -150 kraadi Celsiuse järgi) või külmemaks, nimetatakse aga tavaliselt krüojahutiks.

Kuigi krüojahuteid on mitut tüüpi, töötab enamik neist ühise protsessi mõnel variatsioonil. Gaasi ringletakse tavaliselt suletud tsükli kaudu, et absorbeerida soojust seadme sisemusest ja suunata see väliskeskkonda. See gaas võib olla vesinik, heelium või mõni muu gaas või gaaside segu. Seadme võime sisekeskkonda jahutada sõltub suuresti süsteemis ringleva gaasi termodünaamilistest omadustest.

Nendes seadmetes algavad jahutustsüklid tavaliselt gaasi kokkusurumisega kompressoris. Kui surugaas läbib soojusvahetit, neelab see krüojahuti seest soojust, jahutades sellega kõike selle sees. Kui see gaas neelab soojusvahetis püsivas mahus soojust, suureneb selle rõhk. Selle maht laieneb ja selle rõhk väheneb tsükli järgmises osas. Lõpuks naaseb see kompressorisse, mis lõpetab suletud ahela läbi tsükli ja hakkab uuesti läbi tsükli ringlema.

Krüojahutit võib mõnikord ekslikult nimetada krüostaadiks. Siiski on nende kahe vahel väike, kuid selge erinevus. Krüostaati kasutatakse juba olemasoleva krüogeense temperatuuri hoidmiseks, tavaliselt passiivselt, näiteks isolatsiooniga. Teisest küljest töötab krüojahuti aktiivselt keskkonna jahutamiseks krüogeense temperatuurini, mitte ainult juba olemasolevate keskkonnatingimuste säilitamiseks. Seda erinevust võib pidada sarnaseks termose ja külmiku erinevusega.

Saadaval on mitut tüüpi krüojahuteid, millel on erinevad eelised ja omadused, mis sobivad väga erinevateks rakendusteks. Levinud krüojahutite tüübid on Joule-Thomsoni jahuti, Gifford-McMahoni jahuti, Stirlingi jahuti, impulsstoruga külmik ja adiabaatiline demagnetiseerimiskülmik. Kuigi Joule-Thomsoni krüojahutid on märkimisväärselt vähem tõhusad kui paljud teised seadmed, pakuvad need eeliseid töökindluse ning madala elektrilise ja mehaanilise mürataseme osas. Gifford-McMahoni jahutid seevastu tekitavad teatud vibratsiooni tänu kolvile, mis surub gaasi läbi süsteemi. Need pakuvad aga kasutajale paindlikkust, kuna neid saab kasutada mis tahes suunas.

Erilist tähelepanu pööratakse tavaliselt kosmoses kasutamiseks mõeldud krüojahuti valimisele. Sellistes rakendustes tuleb energiat tavaliselt tõhusalt kasutada ja remont on äärmiselt kulukas või isegi võimatu – näiteks missioonidel teistele planeetidele. Nii töökindluse kui ka tõhususe poolest on Stirlingi jahutid esimesed, mida on kosmoses edukalt kasutatud. Stirlingi jahutitest veelgi suurema töökindlusega valitakse impulsstorujahutid sageli ruumi jaoks, kuigi tavaliselt on need veidi vähem tõhusad. Adiabaatilise demagnetiseerimise külmiku võib valida ka selle suurepärase tõhususe ja võime tõttu töötada nullgravitatsioonikeskkonnas.
On palju valdkondi, kus krüojahutitel on oluline roll. Nende hulka kuuluvad meditsiini-, auto- ja kosmoserakendused, kasutamine teadusuuringutes ja sõjalistes operatsioonides ning palju muud. Näiteks võib metallkomponentide krüogeenne karastamine muuta nende füüsikalisi omadusi, suurendades tugevust, kõvadust ja kulumiskindlust. Infrapunaandurid, mida kasutatakse satelliidipõhises seires ja rakettide juhtimises, samuti atmosfääriuuringutes ja mujal, nõuavad tavaliselt krüogeenset jahutamist.