[圖文]揭秘你身邊的低溫世界
你家燃氣灶上的火苗從哪來?相信你會毫不猶豫地回答是瓦斯管道。在此之前呢?相信沒有幾個人能說得出來了。我國很大一部分天然氣靠進口,這些氣體在通過管道進入千家萬戶之前,都要先被冷卻到-163℃的液態,再從國外千里迢迢來到中國。今年我國第一艘能夠長距離運輸液化天然氣的「國產」運輸船終於可以下海小試身手了,這艘船的製冷能力相當強大,它能將-163℃的液態天然氣安全地從澳洲運回國內。
其實液化天然氣只是龐大的低溫製冷行業的一部分,生活中還有更多的,你所不知的方方面面,都在被一個龐大的低溫世界所服務著。
食物變壞的危險信號
僅食品的冷凍就有很多門道,很多食物都需要在低溫下保存,這是因為食物所含的酶在常溫下會加速食物的腐敗,低溫可以降低食物中酶的活性和化學反應速度,還有一種說法就是抑制其呼吸的強度,一般而言,溫度每下降10℃,食物內各種成分的化學反應速度可以降低90%。
大利亞林肯港是世界上最大的冷凍金槍魚儲存基地之一,其中一個很重要的原因是林肯港在近年來使用了一種新型的冷凍處理器,這種冷凍設備能快速將剛捕撈的金槍魚冷凍到-60℃,提高了冷凍金槍魚的質量和儲存空間。
當然,並不是所有吃的東西都像金槍魚那樣對溫度級別有著如此苛刻的要求。不同的食物都有著適合自己的保存溫度,過高和太低都不好。水果和蔬菜最好冷藏在-2℃至5℃之間,這個溫度既可以抑制其呼吸強度,又可以避免凍傷;最好在-20℃至10℃下貯存茶葉,能長期防止品質變劣,保持維生素不受破壞;肉類和海鮮的最佳保存溫度是-18℃以下,這一溫度下,生物的生命活動及酶的活性都受到了抑制;對於一些脂肪含量多的魚類和冰淇淋,最好在-25℃至-30℃保存。
還有一些食物需要在0℃以上保存,但在夏天,也要低於室溫的。新鮮牛奶最好放在4℃左右;貯存酒類的最佳溫度為5℃至20℃;糧食要放在8℃至15℃之間;雞蛋一定要在15℃以下保存,所以最好放在冰箱裡;要想讓土豆不發芽那就放在2℃至4℃的地方。
對於冷藏溫度比較低的食品來說,冷凍的速度對食品的質量也至關重要,總的來說,就是凍的速度越快,細胞的損壞越小。對於大多數食品來說,有一個危險的溫度帶,就是-1℃至-5℃,這個溫度帶叫「冰晶生成帶」,長時間處在這個溫度中,食品細胞中80%的水分都會流失,所以在這個溫度放置時間越長,細胞膜破壞得越嚴重,解凍後食物的營養流失得就越多。無論在冷凍還是解凍過程中,最好讓食物在30分鐘內通過這段溫度。
冷藏確實可以降低食品中細菌的繁殖速度,讓絕大多數細菌「休眠」,但有些細菌仍然能夠在很低的溫度下存活,所以冷藏後的食品也會變壞,這就是為什麼即使是冷凍食品也要標上保質期。保質期是經過對各種指標的評估後算出來的,這些指標包含了低溫狀態下食品內微生物繁殖的速度,而且出廠後,食品的口感和風味都在隨著時間的推移而變差,脂肪在緩慢的氧化,維生素也在逐漸分解。所有因素導致食品的變化都有一個時間,這個時間就是決定保質期的關鍵。在買東西的時候,最好不要挑戰保質期的時間極限,因為這些數字都是最理想狀態下的期限,吃東西當然還是越新鮮越好。
多少度低溫能殺死癌細胞
除了吃,看病這等大事也處處離不開低溫製冷,且不說最常見的病人所需的純氧。純氧是通過將空氣降溫至-193℃,把氧氣液化分離出來的,這已經是醫療領域最普遍,最小兒科的治病手段了。
在對付老大難的癌症腫瘤方面,低溫手術成了醫生的新寵,目前,低溫外科手術已經應用到幾乎所有種類腫瘤的治療上,最常見的是肝癌、肺癌和攝護腺癌。
低溫手術使降溫後的細胞內和細胞外迅速形成冰晶,導致腫瘤細胞脫水、破裂。同時冷凍讓毛細血管收縮,血流減緩,形成血栓,阻斷血流,導致腫瘤組織缺血壞死。而且,腫瘤細胞反覆凍融後,細胞破裂、細胞膜溶解,還能刺激人體產生抗體,提高免疫力。
專用的低溫手術刀其實是一種直徑不到1毫米的冷凍探針,用來殺死腫瘤的是溫度極低的氦氣、氮氣和氬氣等。探針可以在1-2分鐘內將氣體從室溫迅速降至-160℃,也可以在5-6分鐘內再將氣體升高到0℃。治療時,將探針刺入腫瘤內,開通氣體,冷凍10分鐘,停頓3分種,再開通,升溫1分鐘,治療過程再重複一次,手術就結束了,一般耗時25分鐘。這種手術不僅治療效果好,同時也決不會讓手術台上出鮮血淋淋的場面。
低溫不僅可以殺死腫瘤細胞,同時也是保存正常組織和器官的最好手段。現在人們已經研究發現了溫度對於人體組織的影響情況,並且可以推算出生物變質速率與溫度的關係。如果一個人體組織或器官在4℃環境下能存活2小時,那它在-40℃下能保存幾天,在-80℃下可保存數月,而在-196℃(液氮的正常沸點)下能夠保存幾個世紀。許多實驗已證明,經成功低溫保存的細胞和組織在-196℃保存數十年,復溫後進行檢查,仍然鮮活如初。理論上,溫度越低,可保存的時間越長,但從實際來說,-196℃已經足夠。
降溫的手段也有講究,如果簡單地把組織和器官放到-196℃的液氮中存放,很容易致使大批正常細胞凍傷死亡。紅細胞的細胞膜非常薄,降溫速率必須很快,每分鐘降溫幾十攝氏度到幾百攝氏度;而胚胎膜很厚,降溫速率要很慢,每分鐘只能降溫零點幾攝氏度。
手機信號跟溫度有什麼關係?
畢竟,食物和醫療的「冷」讓人看得見摸得著,可有些「冷」卻「神出鬼沒」,在讓人毫不察覺的狀態下,影響著你的生活。
就拿我們最常用的手機來說吧,不管是動輒上萬的高檔品,還是幾百塊錢就能搞到的便宜貨,信號不好、噪音大,其他一切功能再強大都是多餘。
是什麼決定了手機的使用效果呢?就是移動通信基站系統內七七八八複雜的設備。現在這些設備正在更新換代,尤其是控制手機信號和通話質量的機器。
那些保障我們手機信號和通話質量更好的新生代機器,就是利用了超導原理。一般的超導現象需要降低到-269℃才能發生,而這種新生代機器只要在-200℃左右的狀態下就能正常工作,這在業內被稱作高溫超導。有了它們,手機的靈敏度會大幅度提升,「您撥叫的用戶暫時無法接通」這樣的提示將會越來越少。而且在人口稀少的地區,可以大大減少基站的數量,同樣能夠保證高品質的通話效果。目前我國已經開始將這種新型通信基站投入使用,在未來幾年會全部替代傳統的設備。
能夠有今天的變革,我們必須先感謝100年前的一個荷蘭人,他叫卡梅隆•昂納斯(Kamerlingh Onnes),他首次成功地把性質相當穩定的氦氣降低到-269℃,變成液態,3年後,他利用液氦把水銀的溫度也降到了-269℃,這時水銀電阻突然消失,這就是超導現象。卡梅隆•昂納斯宣佈這一激動人心的發現時,並沒有想到這些會為未來人們的生活帶來多大影響。
日益飆升的油價是讓現代人撓頭的另一個問題,什麼時候我們不用在大半夜排著長隊等著漲價前的那一箱油呢?答案是不到20年。
-253℃的液氫是替代石油作為汽車動力能源主力軍的第一備選,成為了各大廠商趨之若鶩的一個新課題。其實現在我們就可以領略一下這種燒液氫的汽車什麼樣了。德國寶馬公司作為先驅者在全球首次把100輛液氫燃料汽車推向了市場。轎車使用這種燃料排放的只有水蒸氣,不會產生污染,而且液氫汽車在加速時,會比電動汽車來得順暢,動力更強。以寶馬最新液氫燃料汽車745h為例,它是一種雙燃料汽車,可選擇使用液氫或汽油行駛。如果以氫為能源,最大功率是135千瓦,最高時速為215公里。嵌在行李廂裡的圓筒狀液氫絕熱瓶,可為300公里的行程提供能源,加上650公里的汽油行程,745h可以在不添加燃料的情況下,行駛1000公里。
預計20年後,三分之一的轎車將使用液氫作燃料,50年後大多數轎車都會是液氫轎車。
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