Kryophysik

Die Kryophysik oder auch Tieftemperaturphysik ist ein Spezialgebiet der Physik, das sich mit der Erzeugung und der Messung sehr tiefer Temperaturen (< 80 Kelvin) sowie mit der Untersuchung von Materialeigenschaften und Prozessen bei diesen Temperaturen befasst. Die Technik zur Erzeugung tiefer Temperaturen (Kryotechnik) nutzt bis zu etwa 1 Kelvin die Gasverflüssigung, vor allem von Stickstoff (Siedetemperatur 77 Kelvin), Wasserstoff (20,4 Kelvin) und Helium (4,2 Kelvin), die verflüssigt als Kühlmittel in Kryostaten eingesetzt werden. Erniedrigt man den Dampfdruck über der Flüssigkeit, so nimmt die Temperatur noch weiter ab. Durch Abpumpen von flüssigem Helium 4 können damit 0,8 Kelvin erreicht werden. Tiefste Temperaturen bis in die Nähe des absoluten Nullpunktes werden mithilfe des elektrokalorischen und magnetokalorischen Effekts, spezieller Mischungseffekte bei suprafluidem Helium sowie der adiabatischen Entmagnetisierung erzielt. Durch Laserkühlung können stark verdünnte Gase (Atomstrahlen) in sehr kurzen Zeiten (einige Millisekunden) auf Temperaturen im Mikro-Kelvin-Bereich und darunter gekühlt werden. Technische Anwendung finden die Ergebnisse der Tieftemperaturphysik bei der Verflüssigung und Lagerung von Gasen. Verflüssigte Gase dienen u. a. auch als Kühlmittel für supraleitende Magnete, die z. B. in Teilchenbeschleunigern, Kernfusionsanlagen und in der Medizintechnik (bei der Kernspintomografie) die Erzeugung extrem starker Magnetfelder ermöglichen. In der Entwicklung befinden sich tiefgekühlte, supraleitende Kabel zur Energieübertragung.