ไครโอเจนิค วิทยาศาสตร์แห่งความ "คูลล์"
แค่เห็นก็เย็นเยือก เขาทำได้ยังไงให้ก๊าซกลายเป็นของเหลวเช่นนี้
Cryogenics ชื่อนี้หลายคนอาจไม่ค่อยคุ้นหู แต่ถ้าเป็น "ไครโอนิกส์" (Cryonics) เทคโนโลยีที่ใช้ในการแช่แข็งคนที่เสียชีวิตไปแล้วด้วยความหวังว่าในอนาคตจะฟื้นคืนชีวิตพวกเขาเหล่านั้นขึ้นมาได้ ชื่อนี้คงเคยพอได้ยินกันอยู่บ้าง
ยิ่งเมื่อไม่นานมานี้ก็มีภาพยนตร์สารคดีเรื่องราวที่เคยเป็นข่าวฮือฮาเมื่อหลายปีก่อนกับการที่ครอบครัวหนึ่งตัดสินใจแช่แข็งลูกสาวที่เสียชีวิตด้วยโรคร้าย
Hope Frozen เรื่องนี้ถ้ามีโอกาสก็อยากให้ได้ดู มีหลายแง่มุมให้ได้คิด
ซึ่งวิทยาศาสตร์ที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีนี้ก็คือ Cryogenics (ไครโอเจนิค) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับผลที่เกิดกับวัสดุภายใต้อุณหภูมิต่ำยิ่งยวด ซึ่งคำว่า Cryo นั้นมีรากศัพท์มาจาก Kyros ในภาษากรีกที่แปลว่าเย็น
แล้วเย็นแค่ไหน เย็นเป็นน้ำแข็งพอมั้ย ติดลบ 40 องศาในห้องแช่แข็ง?? เย็นลงไปอีกขนาด -70 องศาเซลเซียสที่ใช้เก็บวัคซีนโควิดละ??
ความเย็นเยือกของ Cryogenics นั้นว่ากันในช่วง -150 ถึง -273 องศาเซลเซียส ซึ่ง -273 องศาก็ศูนย์องศาสัมบูรณ์ เป็นสภาวะที่อะตอมมีพลังงานต่ำที่สุดจนหยุดนิ่ง
ที่สภาวะนี้สสารต่าง ๆ จะมีการแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างไปจากตอนอยู่ภายใต้อุณหภูมิห้อง เช่น ความแข็งแรง ความยืดหยุ่นของวัสดุ คุณสมบัติการนำไฟฟ้า(อันเป็นที่มาที่ทำให้เรารู้จักกับตัวนำยิ่งยวด)
ตัวนำยิ่งยวดส่วนใหญ่ต้องอยู่ในสภาวะเย็นจัดถึงจะแสดงคุณสมบัตินี้ได้
มนุษย์เราได้เข้าสู่พรมแดนของศาสตร์แห่งความเยือกแข็งนี้ตั้งแต่ปี คศ. 1877 โดย Rasul Pictet นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสเซอร์แลนด์และ Louis P. Cailletet วิศวกรชาวฝรั่งเศส ซึ่งทั้งคู่สามารถทำให้ก๊าซออกซิเจนเย็นจัดจนกลายเป็นของเหลว
โดย Cailletet ใช้กระบวนการที่เรียกว่า adiabatic expansion (ลดความดันก๊าซในภาชนะปิดที่หุ้มฉนวนเพื่อไม่ให้มีความร้อนถ่ายเทเข้ามาได้)
ส่วน Pictet นั้นใช้หลักการของ Joule-Thompson Effect ในการทำให้ออกซิเจนกลายเป็นของเหลว
ซึ่งการจะทำให้ออกซิเจนเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวนั้นต้องทำให้อุณหภูมิติดลบถึง -183 องศาเซลเซียส
การทำอากาศเหลวโดย Joule Thomson Effect (วิธีของ Lindy)
หลังจากความสำเร็จของทั้งสองท่าน มนุษยชาติก็ได้ก้าวเข้าสู่โลกของความเยือกแข็ง โดยต่อมาไม่นานเหล่านักวิทยาศาสตร์ก็สามารถทำให้ฮีเลียมกลายเป็นของเหลวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า -269 องศาเซลเซียสได้
และในปี 1911 ด้วยศาสตร์ในการทำให้วัสดุเย็นจัด Heike Kamerlingh Onnes ก็ได้ค้นพบกับวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ไร้ซึ่งความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล
ต่อมาในช่วงปี 1920 ถึง 1930 นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถสร้างสภาวะที่ใกล้เคียงศูนย์องศาสัมบูรณ์มาขึ้นเรื่อย ๆ และมาในช่วงปี 1960 เราก็สามารถทำอุณภูมิต่ำได้ถึง 0.000001 เคลวินหรือ 1 ในล้านองศาเหนือศูนย์องศาสัมบูรณ์
ปัจจุบันมีเทคนิคต่าง ๆ ที่พัฒนาขึ้นมามากมายเพื่อสร้างสภาวะเย็นจัดทั้ง Cryocoolers, dilution refrigerators, nuclear adiabatic demagnetization และ laser cooling แต่ในทางทฤษฎีแล้วเราจะไม่มีทางสร้างสภาวะศูนย์องศาสัมบูรณ์ได้
** เย็นจัด ๆ แล้วเราได้อะไร?? **
บอกได้เลยว่าเยอะมาก ของหลายอย่างที่เราใช้อยู่อาจจะไม่รู้ด้วยซ้ำว่ามีขึ้นได้เพราะศาสตร์เยือกแข็งนี้
อย่างเช่น ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียม การขนส่งก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งการขนส่งในรูปของเหลวนี้ช่วยลดปริมาตรลงได้ถึง 600 เท่าเลยทีเดียว
เรือบรรทุกก๊าซธรรมชาติเหลวหรือ LNG
และการแช่เย็นจัดนี้ก็ถูกนำมาใช้ในการขนส่งผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรไปยังทั่วทุกมุมโลก ทำให้เราได้ลิ้มลองอาหารสดจากทุกมุมโลกได้
ด้วยเทคนิคในการแช่แข็งแบบฉับพลันด้วยการพ่นไนโตรเจนเหลวไปบนผลไม้เพื่อแช่แข็งอย่างรวดเร็วจนโมเลกุลน้ำไม่ทันแข็งตัวเกิดเป็นผลึกน้ำแข็งซึ่งจะไปทำให้เนื้อผลไม้เสียหายและเสียรสชาติเมื่อทำการคลายเย็น
ราดไนโตรเจนเหลวเลยจ้า สดกรอบแน่นอน
อีกวงการหนึ่งที่มีการใช้ Cryogenics ก็คือวงการแพทย์และชีววิทยาในแขนงที่เรียกว่า Cryobiology ซึ่งใช้ Cryogenics ในการศึกษาโปรตีน เซลล์ เนื้อเยื่อและอวัยวะของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ
การแช่แข็งตัวอ่อน เทคโนโลยี freeze-drying ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตยา และที่น่าสนใจก็คือ cryosurgery การผ่าตัดที่จะทำการแช่แข็งเฉพาะส่วนเนื้อร้ายก่อนทำการผ่าออกซึ่งจะทำให้เสียเลือดน้อยกว่าการผ่าตัดปกติ
Cryogenics ถูกใช้อย่างแพร่หลายในวงการแพทย์และชีววิทยา
อีกวงการที่มีการใช้ Cryogenics เยอะมากก็คือเทคโนโลยีอวกาศ เพราะแน่นอนว่าเชื้อเพลิงหลักของจรวดทั้งหลายนั้นก็คือเชื้อเพลิงเหลวเย็นจัดอันได้แก่ไฮโดรเจนและมีเทน และที่ขาดไม่ได้ก็คือก๊าซออกซิเจนเหลวนั่นเอง
ซึ่งการพัฒนาอุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อใช้งานในสภาวะเย็นจัดนี้ก็ต้องมีการศึกษา ออกแบบและผลิตขึ้นโดยเฉพาะ เนื่องจากคุณสมบัติของโลหะที่เปลี่ยนไปภายใต้สภาวะที่เย็นจัด
ที่เห็นท่อขาว ๆ ด้านซ้ายนั่นคือน้ำแข็งเกาะท่อจ้า
ทั้งยานสำรวจอวกาศต่าง ๆ รวมถึงกล้องโทรทัศน์อวกาศที่อุปกรณ์ตรวจวัดหลาย ๆ ตัวในยานนั้นต้องทำงานภายใต้สภาวะที่เย็นจัดจึงจะสามารถตรวจวัดค่าที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ
รวมถึงเพื่อลดการแผ่รังสีความร้อนซึ่งจะไปรบกวนการรับภาพอันเลือนรางของเหล่าวัตถุที่อยู่ห่างไกลโพ้นของกล้องโทรทัศน์อวกาศ
แน่นอนว่ากล้องเจมส์เวบบ์นี้ก็ต้องมีระบบ Cryogenics เพื่อทำความเย็นให้กับตัวกล้อง
แล้วรู้หรือไม่ว่า อุปกรณ์เครื่องเสียงเทพ ๆ เสียงไสกิ๊งนั้น การจะได้มาซึ่งคุณภาพเสียงขั้นสูงก็ใช้กระบวนการผลิตที่ใช้ศาสตร์ Cryogenics เข้ามาช่วยจัดการโครงสร้างของวัสดุตัวนำในเครื่องเสียงเหล่านั้น
ทิ้งท้ายกับคำถามที่หลายคนอาจจะอยากรู้ว่าการแช่แข็งมนุษย์แล้วคืนชีพในอนาคตเป็นไปได้ไหม?
แนะนำให้ลองดู Hope Frozen เรื่องเดียวจบเลยครับ คำตอบคือด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันแช่แข็งไปก็แทบไม่มีลุ้น ตอนคืนสภาพมันทำให้กลับมาเหมือนเดิมไม่ได้หรือทำได้ก็ยากมากในระดับที่ว่าต้องมาเรียงโครงข่ายเซลล์ประสาทในสมองใหม่ทั้งหมด
และนี่ก็คือ Cryogenics ศาสตร์แห่งความคูลล์ ที่ทั้งเจ๋งและช่วยให้เรามีชีวิตดี ๆ ในทุกวันนี้
- 16
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
