Uma nova maneira de melhorar os resfriadores criogênicos permite que eles cheguem perto do zero absoluto até 3,5 vezes mais rápido, ou com cerca de 71% menos energia, do que as tecnologias existentes.
Este novo método, desenvolvido por uma equipe de pesquisa do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), pode ser usado para criopreservar tecidos vivos, embriões, óvulos e espermatozoides.
O resfriamento criogênico também é usado para operar o acelerador de partículas do CERN. O processo de várias semanas envolve técnicas de resfriamento criogênico que reduzem a temperatura do hélio para 80K (-193C) e até 4,5K (-268C). O hélio é então injetado no ímã e resfriado a 1,9K (-271C).
A tecnologia também é usada em projetos de engenharia, sistemas maglev e no apoio à exploração do espaço profundo para resfriar instrumentos científicos dentro do Telescópio Espacial James Webb e suprimir o ruído infravermelho de fundo.
©NIST
Em temperaturas extremamente baixas, a superfluidez permite que líquidos como o hélio fluam sem resistência e subam pelas paredes dos recipientes. A supercondutividade também permite que a corrente elétrica passe através do material sem resistência.
À medida que as temperaturas se aproximam do zero absoluto, a velocidade dos eventos quânticos diminui, criando um condensado de Bose-Einstein onde os átomos agem como um só, formando um “superátomo”.
No entanto, aproximar-se do zero absoluto custa caro e leva tempo. Por mais de 40 anos, os refrigeradores de tubo de pulso (PTRs) têm sido a principal tecnologia que permite 4K.
“Os PTRs disponíveis comercialmente hoje são calibrados para operação apenas em temperaturas básicas, o que reduz as taxas de resfriamento e desperdiça a entrada de energia do compressor”, disseram os pesquisadores.
A equipe desenvolveu uma análise que ajuda a otimizar o PTR em função da temperatura. Como resultado, foi determinado que os tubos tampão nos PTRs modernos deveriam ser reprojetados para que o refrigerador aproveitasse toda a potência que o compressor pudesse produzir.
Destacando a ineficiência do PTR à temperatura ambiente (a temperatura na qual o resfriamento começa), os pesquisadores redesenharam a conexão entre o compressor e o resfriador para que a calha inicialmente permanecesse aberta e depois fechasse gradualmente.
Isso resultou em um resfriamento 50% a 75% mais rápido, sem desperdício de hélio.
Os investigadores dizem que o seu protótipo, se comercializado, geraria cerca de 27 milhões de watts de eletricidade por ano, pouparia 30 milhões de dólares no consumo global de energia e seria suficiente para encher 5.000 piscinas nos Jogos Olímpicos. .
