Andradulama@yahoo.com 407 Th C1 Text

Tehnologii criogenice De ce criogenie ? • interesul știinɉific • aplicaɉii practice: -separarea/lichefierea gazelor industriale: oxigen, azot,argon, He, Ne, Kr…gaze naturale, etilena… -producerea vidului ultra-înalt -aplicaɉii bio -medicale: stocarea de celule, ɉesuturi, organe, crio-chirurgie,crio-terapie, imagistica RMN -aplicaɉiile supraconductibilităɉii -producerea câmpurilor magentice intense -tratamente termice ale materialelor -procesarea alimentelor -reciclarea materialelor etc., etc…. Informaɉii despre curs Introducere în criogenie Scurt istoric Cursul este conceput pentru a furniza cunoștințe de bază necesare inginerilor fizicieni experimentatori, în domeniul criogeniei, pentru ca: 1.să poată explica fenomenele care au loc la temperaturi joase. 2.să poată exploata sisteme criogenice. 3.să proiecteze sisteme criogenice (criostate, refrigeratoare, etc.). 4.să realizeze aranjamente experimeltale și măsurători la temperaturi joase, să poată lucra într -un laborator de temperaturi joase. Aveți nevoie de cunoștințe de: -termodinamică (entropie, potențial chimic, funcții de distribuție, etc. ) -mecanică cuantică (cuantificare, funcție de undă, spin etc.) -ceva noțiuni de electricitate și magnetism (electroni de conducție, rețea cristalină, fononi, momente magnetice, etc.) Bibliografie : 1.I. G. Deac , Elemente de criogenie , Ed. NapocaStar Cluj- Napoca, 2010. 2.I. G. Deac , Temperaturi ultrajoase în fizica experimentală a solidului , Ed. NapocaStar Cluj- Napoca, 2003. 3.Ch. Enss, S. Hunklinger , Low-Temperature Physics , Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005. 4.S. W. van Sciver , Helium Cryogenics , 2nd edition, New York, Springer 2012. 5.Th. Flynn, Cryogenic Engineering , Second Edition, Revised and Expanded, Marcel Dekker, New York 2005. 6.R.B. Scott, Cryogenic Engineering , Ed. a 5-a (Met-Chem Research, Boulder, CO 1988). 7.C.A. Bailey, Advanced Cryogenics (Plenum Press, London, New York 1971). 8.http://cryocourse.grenoble.cnrs.fr/ 9.G. K. White, Experimental Techniques in Low Temperature Physics , Clarendon Press, Oxford 1979. 1.G.Ventura, L. Risegari, The Art of Cryogenics, Low-Temperature Experimental Techniques, Elsevier 2008. 2. Dirk van Delft, Freezing physics. Heike Kamerlingh Onnes and the quest for cold , Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen , Amsterdam 2007 3. F. Pobell , Matter and Methods at Low Temperatures (Springer-Verlag 1992, 1996, 2007) 4.http://ltl.tkk.fi/wiki/Courses/Basics_of_cryoengineering_2011 5. J. W. Ekin , Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements , Oxford University Press 2006. 6.F. E. Hoare, N. Kurti, L. G. Jackson, Experimental Cryophysics, Butterworth & GO. Ltd1961. Pentru entuziaști: Criogenia –știinɉa/tehnologiile asociate cu procesele care apar sub 120 K . Refrigerarea, lichefierea, stocarea fluidelor criogenice, realizarea criostatelor și studiul fenomenelor care apar la aceste temperaturi. Cryogenics (lb. engez ă 1875) Cryos+geinomai  lb. greac ă De ce , temperaturi joase? Antartica -89.2 °C, 1983 -93 0C, 10 august 2010 Temperatura cea mai joasă din natură : 2,7 K și este atribuită energiei fotonilor rezultați după „big bang „, această radiație de fond fiind prezentă peste tot în univers. In laborator: ~5 mK pentru solide 1.Mișcarea de agitație termică este drastic diminuată – fenomenele sunt mai pure 2.Tranziții de fază: electrice, magnetice, structurale, electronice, cuantice, etc. 3.Noi fenomene: supraconductibilitatea, suprafluiditatea -interes științific, tehnologic, economic Principiile termodinamicii 1.NU putem obține ceva din nimic 2. NU putem obține ceva cu foarte puțin 3. NU putem atinge zero absolut Asimetria scării de temperatură •Principiul I OK! •Principiul II –unele procese apar spontan altele NU!-sensul de curgere spontană a căldurii + Principiul III TEMPERATURILE JOASE SE OBɈIN MAI GREU !!! Căldura specifică Conductivitatea termică izolatoare metale substanța Tf[K ] Tt[K ] Ttr[K ] Ptr[bar] Tc[K ] Pc[bar ] L[kJ/L ] Vol. în aer% H2O 373,15 273,15 273,16 0,06 647,3 220 2252 – O2 90,2 54,4 54,36 0,016 154,3 50,4 245 20,9 N2 77,36 63,3 63,15 0,12 126,0 33,9 160 78,1 Ne 27,1 24,5 24,56 0,43 44,5 27,2 110 2.10-4 D2 23,7 18,7 18,70 0,17 38,3 16,6 50 – H2 20,3 14,0 13,8 0,07 33,3 13,0 31,8 0,5.10-4 4He 4,21 – – – 5,20 2,28 2,56 5,2.10-4 3He 3,19 – – – 3,32 1,16 0,48 – Lichide criogenice Proprietățile unor lichide ( Tf- temperatura de fierbere la P=1 bar, Tt- temperatura de topire la P = 1 bar, Ttr (Ptr) -temperatura (presiunea) punctului triplu, Tc temperatura critică, L -căldura latentă de vaporizare Scurtă istorie Metoda: comprimare/răcire răcirea într -o baie de eter și zăpadă carbonică, urmată de presurizarea gazului până la lichefiere. Șase gaze au rezistat: oxigen, hidrogen, azot, monoxid de carbon, metan, oxidul de azot. “Gaze permanente ” Gazele nobile: heliu, neon, argon, kripton, xenon nu erau încă descoperite. Michael Faraday , până în 1845 a lichefiat aproape toate gazele cunoscute. izotermele unui gaz ideal Volume Pressure T 1 T 2 T 3 T 4 CO2 Andrews Pentru a lichefia un gaz prin comprimare trebuie să -l răcim sub temperatura critică “nașterea” criogeniei a avut loc odată cu lichefierea oxigenului 24 Decembrie 1877 Louis Cailletet în Paris oxigen comprimat la 300 bar și răcit la -29 0C prin evaporare de SO2 (sau etilenă) Când presiunea a fost descărcată, a fost observată, pentru o scurtă durată, o ceață de picături de oxigen. Adică destinderea izentropă s -a terminat în zona de echilibru lichid- vapori Volume Pressure T1 T2 T3 T4 http://bern1914.org/genf_1896/rp11_sa_cailletet.html Scientific American Vol. XXXVIII – No. 8 – February 23, 1878 – Cailletet http://bern1914.org/genf_1896/rp11_sa_cailletet.html Raoul Pictet 1877-lichefierea oxigenului Geneva În același timp cu Cailletet Cascad ă SO2- CO2….răcire în trepte prin vaporizare de SO2 (-650 C) condensăm CO2 (-1400C) +supap ă JT Oxigen gaz (-1400C); 320 bar  destindere Oxigen lichid Popular Science Monthly Volume 13 May 1878 (1878) Liquefaction of the Gases II By Gaston Tissandier http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_13/May_1878/Liquefaction_of_the_Gases_II -650 C CO2 SO2 -1400 C 320 bar KClO3 O2 LOX Popular Science Monthly Volume 13 May 1878 (1878) Liquefaction of the Gases II By Gaston Tissandier http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_13/May_1878 /Liquefaction_of_the_Gases_II preluat din : R.G. Scurlock , Cryogenics 1990 Vol 30 June 483 LOX jet de oxigen: vapori+picături spray https://www.chemistryworld.com/opinion/pictets-liquefier/6332.article Oxigen lichid Fabrica de ghea ță preluat din : R.G. Scurlock , Cryogenics 1990 Vol 30 June 483 Zygmundt von Wroblewski și Karol Olszewski în Cracovia, Polonia 1883 au fost primii care au colectat oxigen lichid -cu menisc Etilenă -20 0C pompare gheață +sare eter+zăpadă carbonică ~ -780C -136 0C Etilenă oxigen compresor Studiul proprietăților oxigenului Modificarea meniscului: Mărimi critice: P ~ 50 atm t~ -1130C Fierberea lini ștită a oxigenului lichid 20 atm Europhysics News Vol. 41, No. 4, 2010, pp. 21- 25 A tribute to Wróblewski and Olszewski Henk Kubbinga University of Groningen, The Netherlands Fierberea oxigenului lichid sub presiune redusă  temperaturi mai joase  lichefiere N2, CO, CH4 la presiune atmosferic ă Temperatura minimă ~-2250C  N2 solid Prof. Dr. Carl von Linde , Germania 1842-1934 In Mai 1895 realizează primul proces continuu de lichefiere a aerului bazat pe efectul Joule-Thomson și utilizarea unui schimbător de căldură în contra – curent. Aerul comprimat, de la 20 la 80 bar (și prerăcit cu apă) schimbător de căldură în contra -curent, destinde re pe un ventil Joule-Thomson se răcește -curent invers efect în lanț Capacitatea de lichefiere era de doar 3 litri pe oră. Efectul JT într-unul de interes industrial. preluat din Flynn, Cryogenic Engineering , preluat din http://www.linde.com/ •Profesor •Cercet ător •Inventator •Afacerea proprie  firma Linde (1878): refrigerare pentru industria berii ; lichefierea gazelor; gaze pure: O2, N2, Ar, He, CH4 etc. •Separarea gazelor în coloane de rectificare criogenice •1873 primul frigider (refrigerator portabil) http://www.linde.com/ 1905, George Claude , în Franța, perfecționează procedeul lui Linde adăugând o mașină de detentă •O parte din gaz se destinde (izentropic)  prin efectuare de lucru mecanic, mărind eficiența de răcire. •competiția dintre Linde și Claude (ca și dintre firmele lor Linde și respective L’Air Liquide ) •crearea unei noi industrii, cea a gazelor industriale Sir James Dewar 1898 lichefierea hidrogenului •Procedeu asemănător cu cel al lui Linde pentru lichefierea aerului. •a prerăcit hidrogenul comprimat la 180 bar cu aer lichid. •Apoi hidrogenul răcit și la presiune înaltă a fost trecut prin schimbătorul de căldură în contra – curent iar în ultima treaptă de răcire a avut loc destinderea JT în urma căreia avea loc lichefierea. 1892 vasul Dewar •un vas de sticlă cu pereți dubli, vidați și argintați, cu scopul de a reduce substanțial pătrunderile de căldură. •lichidele criogenice pot fi transportate și păstrate pe durate mari de timp, cu ușurință și cu pierderi reduse. (termosul, deși această denumire aparținea firmei germane Thermos GmbH, 1904). Heliu Descoperit în 1868, – a fost văzută o linie galbenă strălucitoare în spectrul cromosferei solare de către Pierre Janssen și independent de el de către Norman Lockyer Aproape tot provine din dezintegrarea radioactivă (~0.00 34 m3/km3/an)  (toriu , uraniuparticule alfa)  cel mai mult în gazele naturale (~7%). Concentra ții (%) : – in roci: 8·10-9 – in apa mărilor : 4·10-12 – in atmosferă : 5.2·10-6 1900 – He singurul gaz “permanent” Competiție între: • James Dewar de la Royal Institution în Anglia • Olszewski , Cracovia , Polonia • Heike Kamerlingh Onnes de la Universitatea din Leiden, Olanda And the winner was: Heike Kamerlingh Onnes ! 10 iulie 1908 •heliu gaz extras din monazite (care conținea 1 – 2 L de heliu per kg) •Obțin e 360 L de gaz (în condiții normale de presiune și temperatură), ceea ce ar fi corespuns la 0,5 L de lichid Profesor de Fizica Experimentrala la Universitatea din Leiden •izotermele heliului  temperatura critic ă ~ 5 K •mai coborâtă decât cea care putea fi obținută cu ajutorul hidrogenului lichid Soluția  combinarea efectului Joule-Thomson cu răcirea în “cascadă” . • prerăcirea acestuia la 15 K (prin fierberea hidrogenului lichid sub presiune redusă) pentru ca efectul JT să fie suficient de mare astfel ca prin destindere temperatura să poată ajunge sub cea critică . • utilizarea unui schimbător de căldură în contra-curent , ca în cazul ciclului Linde. • În urma unui astfel de proces, heliul prerăcit anterior, după destinderea JT se poate lichefia și se colectează într-un vas Dewar. • 60 ml de He lichid !!! • 10 Iulie 1908 , orele 7. 40 pm Physics today, March 2008 heliul comprimat de compresorul P1 la 40 bar, r ăcit în S1, S2 și S3 și destins JT la presiune atmosferică și parțial lichefiat. Gazul rămas se încălzește în S3 și S1, înainte de a fi recomprimat. S2 este răcit de LH2 care fierbe sub presiune redusă creată de pompa P2. Physics today, March 2008 (4 L/h LH2) Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Heike Kamerlingh Onnes (dreapta ) prezinta lichefactorul de heliu liquefactor fizicienilor teoreticieni : Niels Bohr (venit de la Copenhaga ), Hendrik Lorentz , si Paul Ehrenfest (stânga). Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Leiden devine “locul cel mai rece de pe pamint ” pâna in 1926 Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 8 Aprilie 1911 descoperirea supraconductibilit ății 1913 Premiul Nobel ‘for his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia, to the production of liquid helium’ Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Rudolf de Bruyn Ouboter, 98 Scientific American March 1997 Dirk van Delft, Freezing physics. Heike Kamerlingh Onnes and the quest for cold Dirk van Delft, Freezing physics. Heike Kamerlingh Onnes and the quest for cold Boerhaave Museum in Leiden Boerhaave Museum in Leiden Harm Kamerlingh Onnes, The laboratory of Heike Kamerlingh Onnes , Leiden, Stedelijk Museum De Lakenhal Drawn by Heike Kamerlingh Onnes, view of a helium liquefactor in his lab , from Het Natuurkundig Laboratium der Ruiksuniversiteit te Leiden in de Jaren 1904-1922, Leyden. Rijksuniversiteit . Kammerlingh Onnes Laboratorium, Leiden : E. Ijdo, 1922. •Pentru următorii 15 ani, Laboratorul Universității din Leiden rămâne singurul loc din lume unde există heliu lichid  centrul studiilor de fizica temperaturilor joase. • Următorul lichefactor de heliu apare la University of Toronto în 1923, apoi la Berlin (Fritz Walther Meissner ) în 1925 și în 1931 în SUA. Aceste instalații erau variante modificate ale lichefactorului lui Kamerlingh Onnes, utilizând hidrogen lichid pentru prerăcire . University of Toronto 1923 Principiul al III-lea al termodinamicii 1905 Meissner a lichefiat heliul pentru prima data în Berlin in 1925 folosind un procedeu in cascada de acelasi tip ca cel de la Leiden, cu o capacitate de 3 L/h •Meissner , nu a urmărit lichefierea heliului ca scop în sine, ci pentru a avea acces la domeniul temperaturilor joase pentru a studia comportarea unor metale din punct de vedere al proprietăților electrice și termice. •unul dintre cei mai importanți cercetători în supraconductibilitate și descoperă acest fenomen în mai multe elemente din tabelul periodic: tantal (4,4 K), toriu (1,4 K), niobiu (8 K) și titan (1,3 K) precum și în compuși de tip boruri, carburi și nitruri. •În 1933 alături de fizicianul german Robert Ochsenfeld , descoperă expulzarea liniilor de câmp magnetic dintr- un material supraconductor, adică efectul Meissner-Ochsenfeld . •In SUA primul lichefactor de heliu 1931 (prer ăcire aer+hidrogen+JT) 0,15 L/h 1900 – 1950 progrese semnificative în tehnologiile de lichefiere, în ceea ce privește eficiența și fiabilitatea. •În cazul oxigenului lichid , s-a ajuns în anii 1950 la ordinul a 100 t/zi. •prima aplicație comercială a criogeniei, utilizarea oxigenului pentru sudura oxiacetilenică . Klaus D.Timmerhaus and Richard P.Reed (Eds.) CRYOGENIC ENGINEERING Fifty Years ofProgress •1934 , Pyotr Leonidovich Kapitza , Royal Society Mond Laboratory Cambridge în Marea Britanie,  colaboreaza cu Rutherford •lichefactor de heliu. • Mașina de detentă înlocuiește baia de răcire cu hidrogen lichid dar menține prerăcirea cu azot lichid. •presiune de lucru mai redusa, de 1,7 MPa, • producerea a circa 1,7 L/h de heliu lichid. •În 1934 , Kapitza, vizitează Moscova și este reținut acolo până la sfârșitul vieții lui, în 1984 . Aici el construiește un alt lichefactor de heliu pentru a studia proprietățile heliului. • În 1937, Kapitza și, independent de el, Allen și grupul lui descoperă suprafluiditatea în heliu lichid, sub 2, 17 K. Pentru această descoperire și pentru realizările în domeniul tehnicilor de lichefiere a heliului Kapitza primește premiul Nobel în 1978 . „for his basic inventions and discoveries in the area of low-temperature physics” http://www outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/museum/area7/cabinet1.htm •Posibilitatea utilizării destinderii pe o turbină , în locul unui detentor cu piston este studiată pentru prima dată la firma Linde în 1932 în Germania, pentru lichefierea gazelor. • Kapitza este acela care descrie un lichefactor de aer cu turbodetentor, în 1939 . •Presiunea de intrare era de 0,56 MPa, la o turație a turbinei de 40.000 rpm cu un debit de aer de 570 kg/h și o eficiență izentropică de 79%. Flynn În SUA, cercetările asupra criogeniei au început, practic, cam din 1930. În 1934 , Samuel Cornette Collins de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) a început lucrul asupra unui lichefactor de heliu cu detentoare cu piston. •lichefactorul era deja gata în 1946 . •două detentoare cu piston, pentru a elimina necesitatea prerăcirii cu azot lichid și cu hidrogen lichid. • schimbătoare de căldură în contracurent, iar în treapta finală de răcire un ventil Joule- Thomson. • segmenții de etanșare  înlocuiți de un joc redus între cilindru și piston de 0,01 mm astfel încât scăpările de gaz peste piston să fie reduse substanțial, și în același timp să fie eliminate frecările . •1 L/h de heliu lichid, fără prerăcire cu azot lichid, sau 4 L/h cu prerăcire, utilizând un compresor comercial de 1,5 MPa și circa 10 kW • Instalația putea fi folosită, aproape fără modificări și pentru lichefierea hidrogenului. •Arthur D. Little Inc. – comercializat cu 18.000 USD, ceea ce acum înseamnă cam 167.000 USD. Lichefierea heliului-ciclul Collins Prof. Sam Collins, MIT- 1947 preluat din White http://webmuseum.mit.edu/browser.php?m=people&kv=7342&i=160148 http://webmuseum.mit.edu/browser.php?m=people&kv=7342&i=160148 http://webmuseum.mit.edu/browser.php?m=people&kv=7342&i=160148 Cel mai mare lichefactor de hidrogen , care era necesar pentru dezvoltarea bombei cu hidrogen, și care putea produce 320 L/h a fost construit în 1954 , în SUA. În 1959 devine operațional cel mai mare lichefactor de hidrogen din lume, și care producea 27 t/zi. https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design 1923 prin pomparea de 4He, Wilhelmus Hendricus Keesom 0,71 K. •Giauque și independent de el Debye propun în 1926 , demagnetizarea adiabatică a unor săruri paramagnetice,  temperaturi mult mai joase de 1 K. •magnetizarea unei sări la o temperatură de circa 1 K pentru a-i alinia spinii și a-i reduce entropia în felul acesta. Căldura de magnetizare este preluată de baia de heliu care este pompată pentru a ajunge la circa 1 K. Izolând termic apoi proba față de baia de heliu, urmează demagnetizarea adiabatică care conduce la scăderea temperaturii. •William F. Giauque , primește premiul Nobel în 1949 . •(1950 ) la Leiden au fost obținute temperaturi de ordinul milikelvinilor, prin această metodă . •Principalul dezavantaj al metodei  funcționarea discontinuă -magnetizare – demagnetizare și atingerea unei temperaturi minime, care apoi creștea ușor Alte realizări: B= B Ti iB= 0 Ti f f i T < T • Proprietățile lichidelor cuantice 4He și 3He au făcut posibilă realizarea unui refrigerator cu diluție (de 3He în 4He), cu funcționare continuă, capabil să atingă zona milikelvin ilor. •metoda a fost propusă în anii 1960 de către Heinz London , dar abia după aproape un deceniu, s-a reușit materializarea ei. În 1932, Cornelius J. Gorter propune răcirea prin demagnetizarea adiabatică a nucleelor , demonstrată de Nicholas Kurti în 1956 și făcută funcțională de Olli Lounasmaa în 1970, ceea ce a permis accesul fizicii solidului în domeniul microkelvinilor (și al nanokelvinilor pentru spinii nucleari). •Răcirea cu laseri  în 1975 și sugera reducerea vitezei și temperaturii atomilor care oscilează într-o groapă de potențial folosind un fascicul de laseri. •temperaturi de ordinul microkelvinilor, sau chiar sub mK •premiul Nobel în 1997 pentru Steven Chu , William Philips și Claude Cohen-Tannoudji . •la temperaturi suficient de joase, un gaz diluat de câteva mii de atomi se condensează într-o stare cuantică fundamentală, denumită condensat Bose-Einsein •premiu Nobel pentru Wolfgang Ketterle , Eric A. Cornell și Carl E. Wieman în 2001 , și o temperatură sub 500 pK, în 2003 . În paralel, cercetări pt. Producerea temperaturilor joase cu mașini care funcționeză după cicluri termodinamice închise Refrigeratoare criogenice, criogeneratoare, “Cryocoolers” În 1938, Philips Research Laboratories , la Eindhoven, Olanda, cercetări asupra motoarelor Stirling (cu ardere externă) pentru a produce generatoare electrice, care au fost mai târziu utilizate în timpul celui de- al doilea război mondial pentru alimentarea stațiilor radio, în zonele neelectrificate. Ciclul Stirling 300 K 80 K • în 1955 a apărut pe piață și putea produce 6,6 L/h de aer lichid (1, 14 L/kWh), cu gazul de lucru heliu sau hidrogen. • La scurt timp mașina a fost echipată cu o coloană de separare pentru a produce azot lichid. • În anii 1960 , mașina atinge temperatura de lichefiere a hidrogenului, după ce i se mai adaugă o treaptă de răcire, și putea fi găsită pe piață și ca lichefactor de hidrogen. preluat din : Fichefactor de azot 8L/h Cryogenerator + coloană de separare din Brosura Stirlig Cryogenics Lichefactor de azot +PSA din Brosura Stirlig Cryogenics În anii 1950 și 1960  dezvoltarea echipamentelor de vedere pe timp de noapte , în infraroșu, și a sistemelor de ghidare termică a rachetelor de luptă. •la temperaturi corespunzând azotului lichid (80 K) și hidrogenului lichid (20 K) •Răcirea acestor senzori e necesară pentru ca ei să poată funcționa în domeniul lungimilor de undă corespunzătoare aplicațiilor și pentru a le mări detectivitatea •Misiuni spațiale cerințe: fiabilitate ridicată și vibrații reduse În 1959, Gifford și McMahon reușesc să demonstreze funcționarea unui refrigerator criogenic în care partea de comprimare și cea de expansiune sunt separate. Frecvența de acționare a pistonului în detentor este de ordinul a 1 Hz, ceea ce- i conferă o durată mare de bună funcționare (circa 10.000 h). În refrigeratorul criogenic de tip „ tub pulsator ” rolul pistonului detentor solid este preluat de mișcarea unei coloane „de gaz”, dar regeneratorul este menținut. W. E. Gifford și L. C. Longsworth în 1963 120 K în 1984, Mikulin et al. 60 K Compresor identic cu sistemele GMM •schimbare extrem de importantă în jurul anului 2000 , •s-a reușit producerea temperaturilor de circa 4 K cu astfel de sisteme. • utilizarea unor compuși magnetici în schimbătoarele de căldură regenerative. •de exemplu Er3Ni, HoCu2, GdAlO2 etc. au căldura specifică la temperaturi joase, comparabilă, sau chiar mai mare decât cea a heliului (gazul de lucru), datorită unor transformări de fază magnetice care apar la aceste temperaturi. • perfecționarea refrigeratoarelor criogenice GM și de tip tub pulsator astfel încât să atingă temperatura de 4 K și să o mențină pe o durată lungă de timp, fără heliu lichid . •cryogen free coolers •criostate răcite cu refrigeratoare criogenice cu magneți supraconductori (până la 18 T) sau pentru experimente la temperaturi foarte joase, înlocuind majoritatea criostatelor care foloseau heliu lichid. • imagistică RMN (prin rezonanță magnetică nucleară) . •recondensarea vaporilor de heliu din criostate care utilizează magneți imersați în heliu lichid 2nd stage and 1st stage combined 1.5W @ 4.2K with 40W @ 45K Lowest Temperature: 0W @ 2.8K Brosura Cryogenic Ltd.