[Risolto] Lab trivia: il dewar dell'azoto liquido

Siete pronti per questa nuova puntata del quiz più divertente del laboratorio? Alla fine abbiamo deciso che faremo una puntata in inglese e una in italiano, quindi non stupitevi se lunedì prossimo il quiz tornerà a parlare "straniero".

A differenza delle puntate precedenti, per questa edizione abbiamo attivato la moderazione dei commenti, non tanto perché non ci fidiamo di voi, ma perché così potete tranquillamente scrivere la vostra risposta al quiz senza rubare il gioco agli altri lettori. In caso di vittoria, pubblicheremo il vostro commento con i complimenti, ma oscurando la risposta. Tutte le altre risposte saranno pubblicate integralmente e per ogni tentativo andato sufficientemente vicino ad indovinare, ci sarà un suggerimento in omaggio.

La risposta dopo il salto...


Il dewar auto-pressurizzato per gas liquefatti

Abbiamo una coppia di vincitori a spartirsi il primo premio questa settimana. Yak_bizzarro ha risposto praticamente in tempo zero indicando come risposta un dewar per elio liquido e in particolare identificando il dettaglio della foto come il misuratore di livello. lparedi ha impiegato un po' di più, ma ha aggiunto l'aggettivo mancante e fondamentale "pressurizzato" che distingue il modello della foto dai "fratelli" più semplici dove le operazioni di travaso avvengono grazie alla pressione fornita una bombola esterna di gas.

Come al solito, investiamo qualche minuto nel capire come funziona questo aggeggio, ma prima partiamo dal suo uso. In molti laboratori di rirceca è fondamentale avere una fonte di freddo e a tale scopo ci vengono molto utili i gas liquefatti, come l'azoto che si trova ad una temperatura di 77 K (ovvero circa -200 gradi centigradi) o addirittura l'elio liquido che si trova a soli 4 gradi al di sopra dello zero assoluto. Esempi di applicazioni di questi refrigeranti sono la crio-conservazione delle colture cellulari, la transizione a regime di superconduttori, in particolare nei magneti, e la refrigerazione dei rivelatori per spettroscopia gamma in germanio ad alta purezza.

Ovviamente questi gas, alle confortevoli temperature dei nostri laboratori esistono solo in stato gassoso, serve quindi particolare cura per manterli allo stato liquido. Il dewar che vedete nella foto funziona esattamente come un thermos, quello che in cucina si usa per mantenere caldo il caffè oppure fredda la bibita in estate. Il contenitore non ha nulla di attivo, ovvero una volta che viene riempito con gas liquefatto, sarà il liquido stesso a tenere tutto freddo. Ovviamente il calore che passa dal contenitore al liquido lo farà bollire trasformandolo nuovamente in gas e per questo motivo tutti i contenitori sono dotati di una valvola di sicurezza, che in caso di sovrappressione lascia sfogare all'esterno tutta la fase gassosa evitando ben più pericolosi effetti.

La prima volta che si riempie un dewar, si ha una veloce evaporazione perché il contenitore all'interno si trova a temperatura ambiente, poi dopo un paio di cicli riempimento/svuotamento si arriverà alle prestazioni di tenuta ottimali. Mai lasciare andare completamente vuoto il dewar! Quando si inizia a travasare azoto liquido da un recipiente ad un altro durante il periodo iniziale il tubo di collegamento tra i due dewar sarà troppo caldo e provocherà l'evaporazione immediata del liquido. Solo quando il tubo sarà completamente ghiacciato, allora ci sarà trasferimento di liquido.

Ma come avviene il travaso? Ecco che ci viene utile la pressione: buttando dentro gas in pressione, il liquido verrà espulso senza dover inclinare il contenitore. Nel caso dei dewar auto-pressurizzati, anziché collegare una bombola esterna, all'interno del contenitore c'è una sezione speciale (chiamata parte in pressione) dove il liquido evaporato viene conservato e mantenuto alla pressione necessaria per espellere il liquido. In questo modo è sufficiente aprire la valvola contrassegnata dalla scritta "liquido" per iniziare a spillare l'azoto.

Una curiosità. Quando andavo all'università, il nostro prof di fisica nucleare ci aveva ragguagliato sui costi dei gas liquefatti: l'azoto liquido ha più o meno lo stesso prezzo al litro dell'acqua minerale, mentre l'elio liquido è comparabile al buon vino. Non so se i prezzi sono cambiati di molto, ma ancora ricordo questo paragone!