Un gas amortiguador es un gas inerte o no inflamable . En la atmósfera de la Tierra , el nitrógeno actúa como gas amortiguador. Un gas amortiguador agrega presión a un sistema y controla la velocidad de combustión con cualquier oxígeno presente. Cualquier gas inerte como el helio , el neón o el argón servirá como gas amortiguador.
Un gas amortiguador generalmente consiste en gases atómicamente inertes como helio , [1] [2] argón o nitrógeno . [3] También se utilizan criptón , neón y xenón , principalmente para iluminación. [ cita requerida ] En la mayoría de los escenarios, los gases amortiguadores se utilizan junto con otras moléculas con el propósito principal de causar colisiones con las otras moléculas coexistentes.
Los gases amortiguadores se utilizan comúnmente en muchas aplicaciones, desde lámparas de descarga de alta presión para reducir el ancho de línea de las transiciones de microondas en átomos alcalinos .
En las lámparas fluorescentes , el mercurio se utiliza como ion primario a partir del cual se emite la luz . El criptón es el gas amortiguador que se utiliza junto con el mercurio y que se utiliza para moderar el momento de las colisiones de los iones de mercurio con el fin de reducir el daño causado a los electrodos de la lámpara fluorescente. En términos generales, las lámparas más duraderas son aquellas que tienen los gases nobles más pesados como gases amortiguadores. [ cita requerida ]
Los gases tampón también se utilizan comúnmente en los compresores que se utilizan en las centrales eléctricas para suministrar gas a las turbinas de gas . El gas tampón llena los espacios entre los sellos del compresor. Este espacio suele tener unos 2 micrómetros de ancho. [ cita requerida ] El gas debe estar completamente seco y libre de contaminantes . Los contaminantes pueden alojarse potencialmente en el espacio entre el sello y provocar el contacto de metal con metal en el compresor, lo que lleva a una falla del compresor. [ cita requerida ] En este caso, el gas tampón actúa de una manera muy similar a como lo hace el aceite en los cojinetes del motor de un automóvil .
Se han desarrollado técnicas de carga de gas amortiguador para su uso en el enfriamiento de átomos y moléculas cargados o paramagnéticos a temperaturas ultra frías. El gas amortiguador más comúnmente utilizado en este tipo de aplicación es el helio.
Supongamos que tenemos gas helio muy frío como gas tampón criogénico; entonces, cualquier nube de partículas que flotan dentro de ese gas tampón intercambiaría energía con el gas tampón hasta que alcance la misma temperatura ( termalización ). El problema es que la nube de partículas se difundiría.
En el enfriamiento por gas amortiguador, la nube de partículas que queremos enfriar queda atrapada en una trampa que deja pasar el átomo de helio. Si las partículas están cargadas eléctricamente, la trampa puede ser la trampa de Penning o la trampa de Paul . Si las partículas son eléctricamente neutras, pero paramagnéticas, la trampa puede ser una trampa magnética (ya que el helio es diamagnético), como el par anti-Helmholtz . Los átomos paramagnéticos buscan campos bajos, mientras que los átomos diamagnéticos buscan campos altos, por lo que en una trampa magnética hay una región central donde el campo magnético es cero y se eleva en todas las direcciones. Los átomos paramagnéticos quedarían atrapados en esa región de campo cero, mientras que los átomos diamagnéticos serían repelidos. [4] [5] [6]
El enfriamiento con gas tampón se puede utilizar en casi cualquier molécula, siempre que la molécula sea capaz de sobrevivir a múltiples colisiones con átomos de helio de baja energía, algo que la mayoría de las moléculas pueden hacer. El enfriamiento con gas tampón permite enfriar las moléculas de interés mediante colisiones elásticas con un gas tampón frío dentro de una cámara. Si hay suficientes colisiones entre el gas tampón y las otras moléculas de interés antes de que las moléculas golpeen las paredes de la cámara y desaparezcan, el gas tampón enfriará suficientemente los átomos. De los dos isótopos del helio ( 3He y 4He ), el 3He , más raro , se utiliza a veces en lugar del 4He , ya que proporciona presiones de vapor y densidad de gas tampón significativamente más altas a temperaturas subkelvin. [ cita requerida ]