Оснащение производства
Промышленный контроль
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Корзина 
Что такое сосуд Дьюара: объяснение простыми словами
Проще всего сказать так: на вопрос «сосуд Дьюара что это такое простыми словами» ответ — термос для очень низких температур, и очень хороший. Одна ёмкость стоит внутри другой, воздух из зазора откачан, а стенки покрыты отражающим слоем. Тепло снаружи внутрь почти не проникает, поэтому налитая жидкость долго не нагревается. Обычный термос устроен так же, но предназначен для горячего чая; сосуд Дьюара рассчитан на сжиженные газы, чья температура на сотни градусов ниже нуля.
Название прибор получил в честь шотландского физика и химика Джеймса Дьюара, создавшего в 1892 году сосуд с вакуумной изоляцией для работы со сжиженными газами. Принцип с тех пор прежний, а материалы сменились: сегодня лабораторные сосуды изготавливают из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов, а вакуумный зазор заполняют многослойной экранно-вакуумной изоляцией.
Выражение «сосуд Дьюара» употребляют широко. Им называют и небольшую настольную ёмкость на 2–3 л для переливания азота, и транспортную канистру, и крупное хранилище на сотни литров. Общее у всех одно: вакуумная изоляция внутри, горловина сверху и охлаждённое содержимое. В каталоге КАДАММ эти приборы собраны в разделе сосуды Дьюара и криохранилища.
Сам по себе сосуд Дьюара содержимое не охлаждает — он только замедляет поступление тепла из окружающей среды. Поэтому в него помещают уже охлаждённое вещество, как правило жидкий азот, который приходится периодически пополнять.
Как устроен сосуд Дьюара
Движущихся частей в конструкции нет, она проста. Благодаря этому качественный сосуд служит годами: пока цел вакуумный зазор, изнашиваться в нём нечему.
Рис. 1. Как устроен сосуд Дьюара: внутренний сосуд, вакуумная прослойка с экранной изоляцией, наружный корпус
Двойные стенки и вакуум
Внутренний и наружный сосуды разделяет узкий зазор, из которого откачан воздух — до глубокого вакуума. Тепло переносится теплопроводностью, конвекцией и излучением. В вакууме первые два механизма исчезают, поскольку переносить тепло нечему, и остаётся только излучение.
Экранная изоляция
Излучение гасят многослойной изоляцией в вакуумном зазоре: тонкие слои фольги или металлизированной плёнки чередуются с прокладками. Каждый слой отражает часть теплового потока, и к внутреннему сосуду проходит лишь малая доля того, что попало на наружный корпус. От качества вакуума и изоляции зависит суточное испарение азота: меньше испарение — дольше держится заправка.
Горловина и пробка
Слабое место сосуда — горловина: по её металлу идёт тепло, и через неё же испаряется азот. По этой причине горловину делают узкой и тонкостенной и закрывают сверху пробкой из пенопласта или иного теплоизолирующего материала. Пробка негерметична намеренно: образующийся газ должен выходить, иначе в закрытом сосуде поднимется давление. У сосудов с широкой горловиной добавляются изолированные крышки и канистры, на которых образцы опускают и поднимают.
Устройство вакуумной изоляции, горловины и канистр разобрано в статье «Как устроен сосуд Дьюара».
Почему в сосуде Дьюара держат именно жидкий азот
При атмосферном давлении жидкий азот кипит при −196 °C. Он недорог, химически инертен, не горит и не поддерживает горения, а на воздухе просто переходит в газ. При такой температуре биохимические процессы в клетках практически прекращаются: образцы сохраняют годами и десятилетиями, а после аккуратного оттаивания снова используют.
Однако при выборе и эксплуатации необходимо помнить о трёх особенностях азота. Первая: переходя в газ, он занимает примерно в 700 раз больший объём, так что закрытый сосуд без сброса давления представляет опасность. Вторая: азот не имеет запаха и вытесняет кислород, поэтому в небольшом непроветриваемом помещении доля кислорода способна опуститься ниже безопасной. Третья: попадание на кожу и ткани вызывает криогенные ожоги — потребуются перчатки, очки и закрытая одежда.
Даже у лучшего сосуда азот испаряется непрерывно. В характеристиках это выражают суточным статическим испарением, а срок хранения — числом суток, за которые заправка расходуется при закрытой пробке. Для настольных сосудов серии КАДАММ СД35статический срок хранения азота — 97–286 суток (зависит от диаметра горловины), статическое испарение — 0,12–0,37 л/сут. Расчёт расхода и влияющие на него факторы изложены в статье «Сколько хранится жидкий азот в сосуде Дьюара».
Где применяют сосуд Дьюара
Ответ на вопрос, для чего используют сосуд Дьюара, зависит от отрасли, но логика общая: нужно надолго сохранить что-либо холодным без розетки, компрессора и постоянного контроля либо удобно перевезти или выдать жидкий азот.
Хранение биоматериала и культур
Чаще всего в научных учреждениях в сосудах хранят клеточные линии, штаммы бактерий, грибов и вирусов, образцы тканей и ДНК. Образцы замораживают по протоколу, в криопробирках погружают в азот и достают по мере надобности. Небольшой коллекции хватит сосуда на 20–50 л; биобанку с десятками тысяч образцов нужно криохранилище с широкой горловиной. Такие приборы представлены в разделе криохранилища.
Селекция и ветеринария
В животноводстве и ветеринарии в азоте сохраняют семя и эмбрионы племенных животных: соломины лежат в канистрах внутри сосуда, а перевозят их в транспортных сосудах. Подробнее — в статье «Сосуд Дьюара для ветеринарии: хранение семени и эмбрионов».
Перевозка образцов
Когда образцы переезжают из одной лаборатории в другую, используют транспортный сосуд с усиленной подвеской горловины. Для курьерской пересылки годятся сухие отгрузочные сосуды: азот в них удерживается сорбентом и при наклоне не выливается. Срок хранения здесь невелик — от нескольких суток до нескольких недель, так что стационарное хранение они не заменяют.
Выдача азота и обслуживание приборов
Если азот нужен для охлаждения ловушек, подпитки приборов и заправки других сосудов, применяют криогенные сосуды под давлением. Азот выходит из них по шлангу под давлением собственного газа, и переливать его вручную не приходится. Принцип работы изложен в статье «Криогенные сосуды под давлением: самонаддув и выдача азота».
Другие задачи
В промышленности и научных исследованиях сосуды Дьюара нужны для охлаждения образцов в материаловедении, работы с криогенными ловушками, калибровки приборов и в учебных лабораториях. Быстрое замораживание обеспечивает жидкий азот, а сосуд позволяет безопасно и удобно держать его небольшими порциями.
Какие бывают сосуды Дьюара
Сосуды в каталоге КАДАММ разбиты на пять групп. Приведённая ниже таблица помогает сориентироваться и открыть нужный раздел или карточку.
| Тип | Для чего | Раздел | Примеры серий |
|---|---|---|---|
| Для хранения | Стационарное хранение образцов в канистрах, заправка азотом вручную | Сосуды Дьюара для хранения | КАДАММ СД35, КАДАММ СД10 |
| Транспортные | Перевозка соломин и канистр, переноска между лабораториями | Транспортные сосуды | КАДАММ СДТ20 |
| Сухие отгрузочные | Отправка пробирок курьером, азот поглощён сорбентом | Транспортные сосуды | КАДАММ СДО6 |
| Под давлением | Выдача и раздача жидкого азота по шлангу | Криогенные сосуды под давлением | КАДАММ СДН50 |
| Криохранилища | Биобанки, большие коллекции, хранение в паровой и жидкой фазе | Криохранилища | КАДАММ КХ65 |
Чем типы отличаются друг от друга, подробно рассказано в статье «Виды сосудов Дьюара». А если нужно заменить сосуд, уже работающий в лаборатории, обратитесь к статье «Аналоги сосудов Дьюара СДП, СДС, СК и Х-34Б»: там сопоставление выполнено по объёму и диаметру горловины.
С чего начать выбор
При выборе сосуда Дьюара задайте себе вопросы по четырём параметрам.
- Задача. Хранить, перевозить или раздавать азот — от этого зависит тип сосуда.
- Вместимость. Её задают число образцов и необходимый запас азота. Наливают не до краёв, а с запасом по высоте.
- Горловина. При узкой горловине испарение мало, при широкой удобно загружать крупные канистры, но азот расходуется быстрее.
- Интервал между заправками. За основу берут статический срок хранения и уменьшают его с учётом того, как часто сосуд открывают.
Методика выбора изложена полностью в статье «Как выбрать сосуд Дьюара: объём, горловина, канистры». Затрудняетесь с выбором — напишите нашим инженерам, что и в каком количестве вы будете хранить, и мы подберём серию.
Безопасность и эксплуатация
Жидкий азот нетоксичен, однако опасен низкой температурой и тем, что вытесняет кислород. Основные правила несложны.
- Надевайте защитные очки или маску, перчатки для криогенных работ и закрытую одежду; открытых участков кожи быть не должно.
- Горловину герметично закрывать нельзя: пробка обязана выпускать испаряющийся азот.
- Помещение с сосудом проветривайте, а в небольших комнатах и подвалах ставьте контроль содержания кислорода.
- В новый или тёплый сосуд азот наливайте не спеша: бурное кипение вначале — норма, но струя должна быть слабой.
- О потере вакуума говорят иней на наружной стенке и резко возросший расход азота — следите за этими признаками.
Заливка, проверка вакуума, промывка и перевозка разобраны в статье «Эксплуатация сосуда Дьюара». О закупке, кодах классификаторов и ГОСТ читайте в статье «ОКПД 2, ОКОФ и ГОСТ для сосуда Дьюара».
Какое оборудование стоит рядом с азотным
Сосуд Дьюара обычно не единственный прибор в цепочке. Образцы до заморозки готовят в боксах микробиологической безопасности, выращивают в CO₂-инкубаторах, а после извлечения из азота возвращают в рабочие условия. Допускают ли образцы сухое хранение без азота, стоит выяснить заранее — тогда пригодится лиофилизация, о ней рассказано в статье . Оборудование для чистой зоны собрано в разделах и , для сухого хранения — в разделе .
Сосуды КАДАММ относятся к лабораторному оборудованию. Нужен сосуд для задач, где обязательно регистрационное удостоверение, — укажите это в запросе: подобное оборудование должно быть зарегистрировано.