Но вот воздух очищен. Можно производить с ним дальнейшие манипуляции. Прежде всего его сжимают. Для этого имеются мощные компрессоры. Это машины, напоминающие обычные насосы — те самые, с помощью которых накачивают автомобильные и велосипедные камеры. Только компрессор посильнее, а принцип работы один и тот же. При каждом рабочем ходе компрессор захватывает очередную порцию воздуха и вталкивает в сосуд. Чем больше воздуха он добавит туда, тем большим станет и давление.
Зачем повышают давление, вы тоже, конечно, помните?
Для дросселирования да и для хорошей работы детандера надо использовать газы повышенного давления. Причем при дросселировании чем больше это давление, тем лучше, тем сильнее будет охлаждение.
Из компрессора сжатый воздух попадает прямо в холодильную машину. Мы знаем машину Линде, уже знакомились с ней. Посмотрим теперь на более современную установку, которую когда-то в лаборатории создал Петр Леонидович Капица. Ее холодильный цикл так и называется циклом Капицы.
Охлаждение воздуха происходит сразу в двух частях установки.
Тут есть и дроссель, есть и турбодетандер. Турбодетандер — небольшая турбина, которую должен вращать охлаждаемый газ. А дроссель — узкая щель. Газ под большим давлением прорывается сквозь эту щель, охлаждаясь на ходу.
Многим кажется странным, зачем в одной установке иметь и детандер и дроссель. Оказалось, что получать жидкий газ в детандере не очень удобно. Там стоит поршень или турбина. Жидкость будет мешать им работать. Значит, охладить газ в детандере хорошо, а вот доводить до жидкого состояния лучше где-нибудь в другом месте. Другое дело — дроссельная установка. После дроссельного вентиля жидкий воздух никому уже не мешает.
Итак, цикл Капицы. Воздух под небольшим давлением попадает в установку. Это тоже преимущество установки Капицы — не надо сильно повышать давление газа.
На пути воздуха из компрессора в холодильную установку стоит… холодильник! Да, да, именно холодильник.
Как уже отмечалось, и при дросселировании и в детандере газ лучше отдает тепло, если он предварительно охлажден. Поэтому там стоят холодильные установки, в которых циркулирует жидкий аммиак — он сжижается при температуре минус 33,4 °C.
Предварительно охлажденный воздух не сразу попадает в детандер или на дроссельную установку. На его пути стоит теплообменник. Здесь воздух охлаждается встречным потоком холодного воздуха, который появляется после турбодетандера.
Охладили порцию воздуха. И тут ее разделяют на две части.
Одна, основная, мчится к турбодетандеру. Другая — на дроссельную установку. По пути воздух проходит еще один теплообменник и охлаждается очень сильно. Теперь уже после дроссельного вентиля появляются капельки жидкости.
В турбодетандере жидкость не образуется. Там только сильно охлаждают воздух, чтобы затем пустить его в оба теплообменника. И он делает свое дело.
Дальше жидкий воздух начинает свое неторопливое путешествие по разделительным тарелкам. Одна тарелка за другой — так и спускается газ, пока не обернется голубоватым кислородом.
А где его используют, вы уже знаете. Вот азот пока что для нас фигура темная. А между тем сосуды с жидким азотом можно встретить довольно часто.
Встреча в операционной
Температура минус 195,8 градуса. Жидкий азот.
Кислород — газ жизни. Но и значение азота не меньшее. Без азота нет нищи растениям, нет жизни на Земле. Сельское хозяйство не может существовать без удобрений, без аммиака, основной частью которого является азот.
Жидкий азот — постоянный гость и работник лабораторий и заводов. Инженеры и ученые пользуются им для охлаждения. Часто можно встретить большие сосуды, наполненные безопасной, слегка дымящейся жидкостью. Это азот. Холода от него вполне достаточно и обращаться с ним легко. Азот не взрывается, как кислород или тем более водород. Он почти не реагирует на различные окружающие его вещества. Химики говорят, что азот малоактивен, химически не ядовит. Это мы знаем сами — каждый день вполне безопасно для себя вдыхаем изрядные порции азота. Только на больших глубинах у пловцов может наступить азотное отравление. Но в обычных условиях этого никогда не произойдет.
Азот поистине незаменим в некоторых лабораториях и на заводах. Сейчас очень много различных опытов приходится проделывать в вакууме. Так в науке называют пустоту. Откачали мощные насосы из какого-нибудь сосуда весь воздух — тогда оставшееся пустое пространство можно назвать вакуумом. Но все молекулы оттуда отсосать невозможно. Никакой насос с этим не справится. Хоть и немного их, но все же останется. Но о себе в этом случае молекулы почти не дают знать. Вакуум — пустота. Установки, с помощью которых получают такую пустоту, называются вакуумными. Сколько их на одних только ламповых заводах! Ведь из электрической лампочки сначала откачивают воздух, а потом наполняют каким-нибудь спокойным, не склонным к реакциям газом, например криптоном или тем же азотом. Иногда лампочки оставляют пустыми.
А сейчас в вакууме сваривают металлы, изготовляют полупроводники, наносят тончайшие слои разных материалов. Везде вакуум. И везде жидкий азот. Он выполняет здесь роль бдительного сторожа. Есть много веществ, пары которых «гуляют» по вакуумным установкам, и тогда нет глубокого вакуума. Вот для таких вредных «гуляк» и устраивают холодные ловушки с жидким азотом. Через изогнутую трубочку насос качает воздух. Пока вредные пары путешествуют вместе с воздухом. Но вот трубочку окунули в жидкий азот. Мертвой хваткой своих минус ста девяноста шести градусов вцепляется он в трубочку. И пары падают на лету, замерзают, легким инеем оседают на дне трубочки.
А сейчас у нас будет еще одно очень интересное свидание с жидким азотом. Мы увидим жидкий азот в роли доктора. Он помогает людям, возвращает больных к жизни, как и полагается медику.
Человек устроен очень сложно. Никакая самая хитрая машина не сравнится с человеческим организмом. Ясно, что и различных дефектов — болезней у человека тоже хватает. Все может заболеть — и руки, и ноги, и живот, и голова. В голове находится командный пункт мышления, действий и поступков — большие полушария головного мозга. Оттуда получают распоряжения наши руки, ноги, глаза, уши — весь сложный организм человека. А если на командном пункте что-нибудь испортится? Тогда и команды понесутся или не по адресу, или какие-нибудь несуразные. Начал, например, человек как-то странно ходить, передергиваться, руки у него дрожат. Что случилось? Дело тут не в руках или ногах, говорит врач. Надо обратиться по адресу — в мозг. Рука послушно выполняет команду своего начальника — мозга. По длинной цепочке нервов поступает эта команда. Начинают действовать мышцы, рука сгибается, вот заработали кисти рук, пальцы. Если они делают что-то не то, то и винить надо мозг. Не ту команду послал!
У нервных больных часто дрожат руки. Это бывает и когда человек сильно устал. Но встречается тяжелая болезнь, ее называют болезнью Паркинсона: руки и ноги дрожат так сильно, что такие больные не могут работать, ходить, не в состоянии написать самые обычные буквы.
Головным мозгом занимаются нейрохирурги. Хирург, как вы знаете, — врач, который лечит с помощью «ножа». Хирурги выполняют смелые операции, удаляют поврежденные или заболевшие органы, сшивают ткани. Работы у них много. Сколько любой из них сделал хотя бы операций аппендицита? Сотни, тысячи! А ведь каждому такому больному врач спас жизнь.
Нейрохирургам особенно трудно. Их поле деятельности — человеческий мозг. Головной и спинной. Одно неосторожное движение ножа — и повреждены важнейшие центры дыхания, пищеварения, зрения. Оперировать трудно, опасно.
Но нейрохирурги смело занимаются своим нелегким делом. Возвращают больным зрение, слух, память, способность двигаться. Люди, годами прикованные к постели, становятся на ноги. Слепые прозревают. Много чудес на счету у этих замечательных врачей. Небольшая, совсем незаметная операция, скальпель хирурга только затронул уголочек мозга, и вдруг сразу у человека все меняется!