Kryogenika (FSI-TK0)

Akademický rok 2026/2027
Garant: Ing. Pavel Urban, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy fyziky a techniky nízkých teplot a s jejich využitím při návrhu kryogenních zařízení pro fyzikální experimenty, výzkum obecně, lékařství, energetiku a průmysl.

Student získá znalosti o fyzikálních jevech a vlastnostech látek za nízkých teplot (změny skupenství, změny tepelných, elektrických a mechanických vlastností, supravodivost, supratekutost aj.). Dále si osvojí základy práce v laboratoři s nízkými teplotami v rozmezí 1,5 K až 300 K a principy návrhu kryotechnických zařízení.
Výstupy studia a kompetence:
 
Prerekvizity:
 
Obsah předmětu (anotace):
 
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:

Při udělování zápočtu se přihlíží k účasti na přednáškách a laboratorních cvičeních. Podmínkou pro udělení zápočtu je účast na minimálně 50 % předepsaných přednášek a cvičení. Doporučuje se absolvovat všechny výukové bloky z důvodu jejich vzájemné návaznosti. V případě neúčasti na teoretické výuce je student povinen doplnit zameškanou látku formou samostudia.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  8 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  5 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  1. Úvod. Vlastnosti kryokapalin, principy chlazení, zásady práce s kryokapalinami, bezpečnost.

  2. Metody dosahování nízkých teplot. Zkapalňování a skladování kryotechnických plynů.

  3. Fyzikální vlastnosti materiálů za nízkých teplot: měrné teplo, tepelná vodivost, roztažnost, pevnost, křehnutí, elektrická vodivost, supravodivost aj.

  4. Měřicí technika v oboru nízkých teplot: měření teploty, tlaku, průtoku, magnetické indukce.

  5. Přenos tepla za nízkých teplot: vedení, konvekce, sálání, tepelné izolace v kryogenice.

  6. Nízkoteplotní vakuová technika: kryočerpání, detekce vakuových netěsností, měření vakua.

  7. Návrh kryotechnických zařízení: volba materiálů, pevnostní výpočty, technologie spojování materiálů.

  8. Aplikace nízkých teplot: lékařství (např. magnetická rezonance, kapalný kyslík), výzkum (spektroskopie, kosmický výzkum), aplikace supravodivosti, průmysl (úprava materiálů, mražení potravin) aj.
    Laboratorní cvičení

1. Vybavení laboratoře nízkých teplot, bezpečnost práce - exkurze laboratoří
2. Práce s kryokapalinami (dusík, hélium),změny skupenství, demonstrace vlastností látek za nízkých teplot, supravodivost
3. Detekce vakuových netěsností, práce s hmotovým spektrometrem
4. Zkapalňování hélia
5. Kryočerpání
Literatura - základní:
1. Jelínek, J., Málek, Z.: Kryogenní technika, VII.škola fyziky a techniky nízkých teplot, Luhačovice 1982, SNTL Praha 1982
2. Rotter Miloš: Fyzikální základy a technika nízkoteplotního experimentu, SNP Praha 1982
3. Barron, R.F.: Cryogenic heat transfer, Taylor & Francis 1999, ISBN 1-56032-551-8
Literatura - doporučená:
1. Weisend, J.G. II, ed.by: Handbook of cryogenic engineering, Taylor & Francis 1998, ISBN 1-56032-332-9
2. Dúbravcová Viera: Vákuová a ultravákuová technika, Alfa , Bratislava 1992
3. Thermophysical Properties of Pure Fluids, počítačová databáze, NIST USA, 2000
4. Groszkowski Janusz: Technika vysokého vakua, SNTL Praha 1981
5. Šafrata, R.S., a kol. : Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, Universita Karlova 1998, ISBN 80-85863-19-7
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Volitelný 1 2 L
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Volitelný 1 3 L