This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്
അതിശൈത്യത്തില്‍ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ക്കുണ്ടാകാവുന്ന ഗുണധര്‍മ വ്യത്യാസങ്ങളെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന എന്‍ജിനീയറിങ് ശാഖ.
അതിശൈത്യ താപനിലകളില്‍ പദാര്‍ഥങ്ങളുടെ ബലം, അടിച്ചുപരത്തല്‍ ശേഷി, കാന്തിക-താപ-വൈദ്യുതപ്രതിരോധശേഷി, വലിവുബലം തുടങ്ങിയ ഗുണധര്‍മങ്ങളില്‍ കാര്യമായ വ്യതിയാനങ്ങള്‍ സംഭവിക്കുന്നു. ചില ലോഹങ്ങള്‍ പൂര്‍ണ ചാലകങ്ങളാകുന്നു; വേറെ ചിലവ അതിചാലക(Superconductor)ങ്ങളും.
യു.എസ്. അണുശക്തി കമ്മിഷന്റെ സഹായത്തോടെ 1950-കളില്‍ ദ്രാവകഹൈഡ്രജന്‍ വന്‍തോതില്‍ നിര്‍മിക്കാനും ശേഖരിക്കാനും നടന്ന ശ്രമങ്ങളാണ് ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്ങിലെ ആദ്യ ചുവടുവയ്പുകള്‍. തികച്ചും ആധുനികമെന്നു പറയാവുന്ന ഈ ശാസ്ത്രശാഖ ബഹിരാകാശ ഗവേഷണം, ആരോഗ്യശുശ്രൂഷ, രാസവ്യവസായം, സൈനിക സേവനം തുടങ്ങി നാനാതരം മേഖലകളില്‍ വളരെയധികം പ്രയോജനപ്പെടുന്നു.
താഴ്ന്ന താപനിലകളില്‍ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ക്കു കണ്ടുവരുന്ന രണ്ടു ഗുണധര്‍മങ്ങളാണ് അതിദ്രവത (Superfluidity), അതിചാലകത (Super Conductor) എന്നിവ. 1911-ല്‍ ഡച്ചു ശാസ്ത്രജ്ഞനായ കാമര്‍ലിങ് ഓണ്‍സാണ് അതിചാലകത എന്ന ആശയം ആദ്യമായി അവതരിപ്പിച്ചത്. ചില ലോഹങ്ങള്‍, ലോഹസങ്കരങ്ങള്‍, രാസയൗഗികങ്ങള്‍ തുടങ്ങിയവയ്ക്ക് കേവലപൂജ്യത്തിനടുത്ത താപനിലകളില്‍ വൈദ്യുതരോധശക്തി പെട്ടെന്ന് അപ്രത്യക്ഷമാകുന്ന സ്വഭാവമാണ് അതിചാലകത. അതിചാലകങ്ങള്‍ ശക്തമായ വൈദ്യുതകാന്തങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കാന്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സോവിയറ്റ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ പ്യോട്ടോര്‍ കപിസ്ത 1938-ല്‍ കണ്ടെത്തിയ പ്രതിഭാസമാണ് അതിദ്രവത. ദ്രാവക ഹീലിയം 2.2 K ക്കു താഴെ തണുപ്പിച്ചപ്പോള്‍ അതു ശ്യാനതയില്ലാത്ത അവസ്ഥയിലേക്കു മാറി. ഈ പ്രതിഭാസത്തെ അതിദ്രവത എന്നദ്ദേഹം വിശേഷിപ്പിച്ചു. അതിദ്രവപദാര്‍ഥങ്ങള്‍ക്കു ഘര്‍ഷണം കൂടാതെ സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയുന്നു. ഈ രണ്ടു പ്രതിഭാസങ്ങളെയും പരമാവധി ചൂഷണം ചെയ്യാന്‍ ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ് ശ്രമിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.
ഇന്ന് റോക്കറ്റുകളിലും മിസൈലുകളിലും മറ്റും ക്രയോജനിക് ഇന്ധനങ്ങളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. റോക്കറ്റിന്റെ വിശിഷ്ട ആവേഗം (Specific impulse) ബഹിര്‍ഗമനവാതകങ്ങളുടെ തന്മാത്രാഭാരത്തിന്റെ വര്‍ഗമൂലത്തിന് വിപരീതാനുപാതമായതിനാല്‍ താഴ്ന്ന തന്മാത്രാഭാരമുള്ള ഇന്ധനങ്ങളാണ് റോക്കറ്റുകളിലും ജെറ്റുകളിലും മിസൈലുകളിലും മറ്റും അഭികാമ്യം. ക്രയോജനിക് ദ്രാവകങ്ങള്‍ ഈ വിഭാഗത്തില്‍പ്പെടുന്ന ഇന്ധനങ്ങളാണ്. ദ്രാവക ഹൈഡ്രജന്‍, ദ്രാവക ഓക്സിജന്‍ തുടങ്ങിയവ ഈ വിധത്തില്‍ ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. ഭാരക്കുറവുള്ള രോധകപാത്രങ്ങളില്‍ ഇവയെ ശേഖരിക്കാമെന്നുള്ളതും ഇവയുടെ പ്രത്യേകതയാണ്. ഉന്നതമര്‍ദത്തില്‍ ഒരു പൗണ്ട് ഹൈഡ്രജന്‍ വാതകത്തെ ഉള്‍ക്കൊള്ളാനുള്ള പാത്രത്തിന് 140 പൗണ്ട് ഉരുക്ക് ആവശ്യമാണെന്നു കണക്കാക്കിയിരിക്കുന്നു. എന്നാല്‍ ഇത്രയും ഹൈഡ്രജന്‍ ദ്രാവകം ശേഖരിക്കുന്നതിന് മൂന്ന് പൗണ്ട് ഉരുക്കു മതിയാകും. അത്രകണ്ട് സൗകര്യപ്രദവും ലാഭകരവുമാണ് ദ്രാവക ഇന്ധനങ്ങളുടെ ശേഖരണം. ദ്രാവകത്തെ ആവശ്യാനുസരണം ബാഷ്പീകരിച്ച് വാതകമാക്കി ഉപയോഗിക്കാം. കൊണ്ടുനടക്കാവുന്നതരം ഓക്സിജന്‍ ജനറേറ്ററുകള്‍ വിമാനങ്ങളിലും കപ്പലുകളിലും ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. ഈ രംഗത്ത് ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്ങിനു ധാരാളം സാധ്യതകളുണ്ട്.
കെമിക്കല്‍ എന്‍ജിനീയറിങ് രംഗത്ത് ക്രയോജനിക്സ് ഒട്ടധികം നേട്ടങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുണ്ട്. രാസവ്യവസായത്തില്‍ ധാരാളം വാതകങ്ങള്‍ ഉപയോഗിക്കേണ്ടിവരും. ഇവയുടെ വേര്‍തിരിക്കലിനും ശുദ്ധീകരണത്തിനും ക്രയോജനിക് തത്ത്വത്തിലധിഷ്ഠിതമായ ശീതീകരണം നടത്തുന്നു. വാതകമിശ്രിതത്തിന്റെ സ്വഭാവമനുസരിച്ച് ആംശികസ്വേദനം, സ്ക്രബിങ് (Scrubbing), വരണാത്മക അധിശോഷണം (Selective adsorption) തുടങ്ങിയ സങ്കേതങ്ങള്‍ ഉപയോഗപ്പെടുത്താം. വ്യാവസായിക പ്രാധാന്യമുള്ള ഓക്സിജന്‍, ഹൈഡ്രജന്‍, നൈട്രജന്‍, ആര്‍ഗണ്‍ തുടങ്ങിയവയുടെ ആവശ്യം നാള്‍ക്കുനാള്‍ വര്‍ധിച്ചുവരുന്നു. വ്യാവസായിക വാതകങ്ങളുടെ വേര്‍തിരിക്കലിലും ശുദ്ധീകരണത്തിലും ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്ങിനുള്ള സാധ്യതകളും ബാധ്യതകളും ഇതു വെളിപ്പെടുത്തുന്നു. ഡ്യൂട്ടീരിയം വേര്‍തിരിക്കലിന് ക്രയോജനിക്സ്വേദനം ഫലപ്രദമാണെന്ന് തെളിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. അണു ഊര്‍ജത്തിന്റെ ആവശ്യം വര്‍ധിച്ചിട്ടുള്ള ഈ സാഹചര്യത്തില്‍ ഇതും ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്ങിന്റെ മറ്റൊരു പ്രവര്‍ത്തനമേഖലയാണ്. ഖരക്രയോജനുകളും ഇന്നു നിര്‍മിക്കുകയും ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തുവരുന്നു. ഇങ്ങനെ വേര്‍തിരിക്കപ്പെട്ട ഒരു ഖരക്രയോജനാണ് 'ഹൈഡ്രജന്‍ ഐസ്'. ഹൈഡ്രജന്‍ ഐസ് ബോക്സ് യാതൊരു വ്യത്യാസവും കൂടാതെ 12 മാസം വരെ വയ്ക്കാമെന്നു പരീക്ഷണത്തില്‍ തെളിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്.
അതിചാലകതയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു വൈദ്യുത പരിപഥ സംവിധാനം-ക്രയോട്രോണ്‍-തയ്യാറാക്കുകയുണ്ടായി. ഈ ഉപകരണത്തില്‍ ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം അതിചാലകതാ വ്യവസ്ഥയെ നശിപ്പിക്കുന്നതുമൂലം ഒരു പുതിയ സ്വിച്ച് ഉത്തേജിക്കപ്പെടുന്നു. ക്രയോട്രോണിന്റെ നിര്‍മിതിക്കുശേഷം പലതരം സ്വിച്ചിങ് സംവിധാനങ്ങളും മള്‍ട്ടിവൈബ്രേറ്ററുകളും മറ്റും നിര്‍മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. കുറഞ്ഞ സ്ഥലസൗകര്യം മതിയെന്നതും ഉയര്‍ന്ന വിശ്വസനീയതയും ഇവയുടെ സവിശേഷതകളാണ്.
ഖരാവസ്ഥാഭൗതികത്തില്‍ (Solid State Physics) ക്രയോജനിക്സ് പലതരത്തില്‍ ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. കോസ്മികകണങ്ങളേയും കണികാത്വരിത്രങ്ങളില്‍ നിന്നുള്ള ഉന്നതഊര്‍ജകണങ്ങളുടെ കൂട്ടിമുട്ടല്‍വഴി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന അസാധാരണകണങ്ങളെയും തിട്ടപ്പെടുത്താനുള്ള ഖരാവസ്ഥാസംസൂചകങ്ങള്‍ (Solid State Detectors) പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത് അതിശീതാവസ്ഥയിലാണ്. അതുകൊണ്ട് കണികാ ഭൗതികത്തില്‍ ക്രയോജനുകള്‍ക്ക് വലിയ പ്രാധാന്യമുണ്ട്. ആധുനിക കണികാ ത്വരിത്രങ്ങള്‍(ഉദാ. ജനീവയിലെ ലാര്‍ജ് ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡര്‍)ക്കുവേണ്ട അതിചാലക കാന്തങ്ങള്‍ അതിശീതാവസ്ഥയില്‍ സൂക്ഷിക്കാനും ദ്രാവകഹീലിയം വലിയ അളവില്‍ ആവശ്യമാണ്.
പല ലേസറുകളും ഇന്‍ഫ്രാറെഡ് റേഡിയേഷന്‍ സെന്‍സറുകളും താഴ്ന്ന താപനിലകളില്‍ ഫലപ്രദമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു. താപീയ സ്പന്ദനങ്ങള്‍മൂലം ഇവയുടെ കാര്യക്ഷമത നശിക്കുന്നില്ലയെന്നതാണ് പ്രധാന നേട്ടം. മൊസ്ബര്‍ പ്രഭാവ(Mossbauer effect)ത്തെപ്പറ്റിയുള്ള മിക്ക ഗവേഷണങ്ങളും താഴ്ന്ന താപനിലകളിലാണ് നടത്തിയിട്ടുള്ളത്. ഇന്നത്തെ ഏറ്റവും ഉയര്‍ന്നതരം വാക്വംപമ്പിനെയും വെല്ലാന്‍ കഴിയുന്നവയാണ് ക്രയോപമ്പുകള്‍. ഈ പമ്പുകളുടെ പ്രവര്‍ത്തനത്തിന് കുറഞ്ഞ ശക്തിമതി. ഉന്നതവേഗത്തില്‍ ഇവ പ്രവര്‍ത്തിക്കുകയും ചെയ്യും.
വൈദ്യശാസ്ത്രം, ജീവശാസ്ത്രം എന്നീ മേഖലകളിലും ക്രയോജനിക്സ് രംഗപ്രവേശം ചെയ്തുകഴിഞ്ഞു. ജൈവപദാര്‍ഥങ്ങളിലെ ഈര്‍പ്പം ഐസായി മാറുന്ന മാറ്റത്തെയാണ് ഇവിടെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്. വേഗത്തിലുള്ള ശീതീകരണം ക്രമേണയായ ശീതീകരണത്തെ അപേക്ഷിച്ച് കോശഘടനയ്ക്കു വലിയ മാറ്റം വരുത്താതെ ഐസ് ക്രിസ്റ്റലുകളെ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
വളരെയധികം പ്രാധാന്യം ആര്‍ജിച്ചിട്ടുള്ള ഒന്നാണ് ക്രയോസര്‍ജറി. നാഡീകോശങ്ങള്‍, മുഴകള്‍ തുടങ്ങിയവ ശസ്ത്രക്രിയ കൂടാതെ നീക്കം ചെയ്യാന്‍ ഇതുമൂലം കഴിയുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയില്‍ കത്തി ഉപയോഗിക്കാതെ ഓപ്പറേഷന്‍ നടത്തുന്നു. ക്രയോപ്രോബ് എന്ന പൊള്ളയായ ഒരു ഉപകരണംകൊണ്ട് അതിതീവ്രമായ തണുപ്പ് നിര്‍ദിഷ്ടസ്ഥാനത്തു കേന്ദ്രീകരിപ്പിച്ച് രോഗംവന്ന കോശങ്ങളെ നശിപ്പിക്കുന്ന വിദ്യയാണ് ക്രയോ സര്‍ജറി. വേദനയില്ലായ്മ, രക്തസ്രാവമില്ലായ്മ, വേഗത്തിലുള്ള സുഖപ്പെടല്‍ തുടങ്ങിയവ ഈ ചികിത്സയുടെ പ്രത്യേകതകളാണ്. വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിലും മറ്റും വികിരണം അളക്കാന്‍ ക്രയോജനിക് ബോളോമീറ്റര്‍ എന്നൊരു ഉപകരണവും ആവിഷ്കരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. 14.3 K-യില്‍ ഉള്ള മോളിബ്ഡിനം നൈട്രൈഡാണ് ഈ ഉപകരണത്തില്‍ മുഖ്യമായും ഉപയോഗിച്ചുവരുന്ന ക്രയോജന്‍.
മരിച്ചവരെ കേടുകൂടാതെ എത്രകാലം വേണമെങ്കിലും ശീതീകരിച്ച് സൂക്ഷിക്കാന്‍ ക്രയോജനിക്സിനു കഴിഞ്ഞേക്കും. ഇന്ന് മഹാവ്യാധികള്‍ പിടിപെട്ടു മരിക്കുന്നവരെ അത്തരം രോഗങ്ങള്‍ക്കു ഭാവിയില്‍ ചികിത്സ കണ്ടെത്താമെന്ന പ്രത്യാശയില്‍ തണുപ്പിച്ചു സൂക്ഷിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്നു ശാസ്ത്രകാരന്മാര്‍ അഭിപ്രായപ്പെടുന്നു. അമേരിക്കയിലെ 'ക്രയോ കെയര്‍ സെന്ററില്‍' നിരവധിപേര്‍ ഇപ്പോള്‍ തന്നെ മരണാനന്തര ഉറക്കത്തിലായിട്ടുണ്ട്. ഒരു ക്രയോജനിക് ബയോളജിക്കല്‍ ആര്‍ക്കൈവ്സിനുള്ള സാധ്യത ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാര്‍ തള്ളിക്കളയുന്നില്ല. വൃക്ക, എന്‍ഡോക്രൈന്‍ ഗ്രന്ഥികള്‍, കോര്‍ണിയല്‍ ടിഷ്യുകള്‍, ഹൃദയം തുടങ്ങിയ ശരീരഭാഗങ്ങള്‍ ഇവിടെ സൂക്ഷിക്കാന്‍ കഴിയും. കന്നുകാലികളുടെ ബ്രീഡിങ്ങിനുള്ള സ്പെമാറ്റോസോവ (spermatozoa), വാക്സിനുകള്‍ തുടങ്ങിയവ ക്രയോജനിക് തത്ത്വം ഉപയോഗിച്ച് ഇന്ന് ഘനീഭവിച്ചു സൂക്ഷിക്കുന്നുണ്ട്. ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ്ങിന്റെ ഭാവിയിലെ മറ്റൊരു പ്രധാന സാധ്യത ഇന്ധനങ്ങളുടെ രംഗത്താണ്. ആഗോള വിപണിയില്‍ പെട്രോളിന്റെ ലഭ്യത ഗണ്യമായി കുറയുന്നതോടെ ഇന്ധനാവശ്യങ്ങള്‍ക്കായി പൊതുവേ ഹൈഡ്രജന്‍ പ്രയോജനപ്പെടുത്തേണ്ടിവരും. ദ്രാവകഹൈഡ്രജന്‍ ഉത്പാദിപ്പിക്കാനുള്ള ആധുനിക ക്രയോജനിക സങ്കേതങ്ങളെ ഇത് ആവശ്യമാക്കും. പ്രേഷണത്തിനുള്ള അതിചാലക കേബിളുകള്‍, ക്രയോജനിക്കായി തണുപ്പിച്ച ഭൂഗര്‍ഭ കേബിളുകള്‍ തുടങ്ങിയവയും നാളെ യാഥാര്‍ഥ്യമായേക്കാം. ന്യൂക്ലിയര്‍ ഫിസിക്സ്, ന്യൂക്ലിയര്‍ പ്ലാന്റുകള്‍ സമ്മാനിച്ചതുപോലെയും, ഖരാവസ്ഥാഭൗതികം ട്രാന്‍സിസ്റ്റര്‍, ടി.വി. മുതലായവ സംഭാവന ചെയ്തതുപോലെയും ക്രയോജനിക് എന്‍ജിനീയറിങ് പുതിയ ധാരാളം ഉപഭോക്തൃ ഉത്പന്നങ്ങള്‍ വിപണിയിലെത്തിക്കുമെന്നതില്‍ തര്‍ക്കമില്ല. നോ. ക്രയോജനികം
(ചുനക്കര ഗോപാലകൃഷ്ണന്‍)
