غاز عازل

في المصابيح الفلورية ، يُستخدم الزئبق كأيون أساسي ينبعث منه الضوء . أما الكريبتون فهو غاز عازل يُستخدم مع الزئبق لتخفيف قوة تصادم أيونات الزئبق، وبالتالي تقليل الضرر الذي يلحق بأقطاب المصباح الفلوري. وبشكل عام، فإن المصابيح التي تستخدم أثقل الغازات النبيلة كغاز عازل هي الأطول عمراً.

تُستخدم الغازات العازلة بشكل شائع في ضواغط محطات توليد الطاقة لتزويد التوربينات الغازية بالغاز . يملأ الغاز العازل الفراغات بين موانع التسرب في الضاغط، والتي يبلغ عرضها عادةً حوالي 2 ميكرومتر. يجب أن يكون الغاز جافًا تمامًا وخاليًا من أي شوائب . قد تتراكم الشوائب في الفراغ بين موانع التسرب وتسبب احتكاكًا معدنيًا مباشرًا داخل الضاغط، مما يؤدي إلى تعطله. في هذه الحالة، يعمل الغاز العازل بطريقة مشابهة لعمل الزيت في محامل محرك السيارة .

طُوّرت تقنيات تحميل الغازات العازلة لاستخدامها في تبريد الذرات والجزيئات المشحونة أو البارامغناطيسية في درجات حرارة منخفضة للغاية. ويُعدّ الهيليوم الغاز العازل الأكثر شيوعًا في هذا النوع من التطبيقات.

لنفترض أن لدينا غاز هيليوم شديد البرودة كغاز عازل مبرد، فإن أي سحابة من الجسيمات تطفو داخل هذا الغاز ستتبادل الطاقة معه حتى تصل إلى نفس درجة الحرارة ( التوازن الحراري ). تكمن المشكلة في أن سحابة الجسيمات ستنتشر بعيدًا.

في تبريد الغاز العازل، تُحصر سحابة الجسيمات المراد تبريدها في مصيدة تسمح بمرور ذرة الهيليوم. إذا كانت الجسيمات مشحونة كهربائيًا، فقد تكون المصيدة مصيدة بنينغ أو مصيدة بول . أما إذا كانت الجسيمات متعادلة كهربائيًا ولكنها بارامغناطيسية، فقد تكون المصيدة مصيدة مغناطيسية (لأن الهيليوم ديامغناطيسي)، مثل زوج هيلمهولتز المضاد . تميل الذرات البارامغناطيسية إلى الانجذاب نحو المجالات المغناطيسية المنخفضة، بينما تميل الذرات الديامغناطيسية إلى الانجذاب نحو المجالات المغناطيسية العالية، لذا في المصيدة المغناطيسية، توجد منطقة مركزية يكون فيها المجال المغناطيسي صفرًا، ويتزايد في جميع الاتجاهات. تُحصر الذرات البارامغناطيسية في هذه المنطقة ذات المجال الصفري، بينما تُدفع الذرات الديامغناطيسية بعيدًا عنها. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

يمكن استخدام التبريد بالغاز العازل مع أي جزيء تقريبًا، طالما كان قادرًا على تحمل تصادمات متعددة مع ذرات الهيليوم منخفضة الطاقة، وهو ما تستطيع معظم الجزيئات فعله. يعتمد التبريد بالغاز العازل على تبريد الجزيئات المراد دراستها من خلال تصادمات مرنة مع غاز عازل بارد داخل حجرة. إذا حدث عدد كافٍ من التصادمات بين الغاز العازل والجزيئات الأخرى المراد دراستها قبل أن تصطدم الجزيئات بجدران الحجرة وتختفي، فإن الغاز العازل سيبرد الذرات بشكل كافٍ. من بين نظيري الهيليوم ( ^³ He و ^⁴ He)، يُستخدم ^{³He أحيانًا بدلًا من ⁴} He لأنه يوفر ضغط بخار أعلى بكثير وكثافة غاز عازل أعلى عند درجات حرارة أقل من الكلفن. ^{[ 1 ]}