極低温貯蔵デュワー

極低温貯蔵デュワー（または単にデュワー）は、沸点が室温よりはるかに低い極低温物質（液体窒素や液体ヘリウムなど）を貯蔵するために使用される特殊なタイプの真空フラスコです。この容器は、自身の研究のために開発した発明家ジェームズ・デュワーにちなんで名付けられました。低温物理学や低温化学でよく使用されます。

極低温貯蔵用デュワーは、サイズが幅広く、オープンバケツ、緩いストッパー付きのフラスコ、自己加圧タンクなど、さまざまな形状があります。すべてのデュワーは、2 層以上の壁で構成されており、層間は高真空に保たれています。これにより、デュワーの内部と外部の間の断熱性が非常に高まり、内容物の蒸発速度が遅くなります。液体がゆっくりと沸騰するときに放出されるガスを安全に管理するために、デュワーの設計には予防措置が講じられています。

最もシンプルなデュワー瓶は、ガスが開いた上部または緩いストッパーから逃げるようになっています。より高度なデュワー瓶は、ガスを液体の上に閉じ込め、高圧に保ちます。これにより、液体の沸点が上昇し、長期間保存できるようになります。過剰な蒸気圧は、安全弁から自動的に放出されます。また、デュワー瓶は、内容物を保護するため、いかなる種類の穴にも耐えられるように設計されています。これは、極低温物質は製造コストが高く、ヘリウムなど一部の物質は世界的に供給が限られているためです。

デュワー瓶から液体を注ぐ方法は、その設計によって異なります。シンプルなデュワー瓶は、首から液体を注ぐために傾けることができます。自己加圧設計では、デュワー瓶の上部のガスの圧力を利用して、首につながるパイプを通して液体を上方に押し上げます。

極低温物質にはいくつかの安全上の危険があり、その貯蔵容器は関連するリスクを軽減するように設計されています。

まず、デュワー瓶は完璧な断熱性は持たず、極低温液体はゆっくりと沸騰して大量のガスを生じます。これは液体窒素の蒸発率として知られています。上部が開いているデュワー瓶では、ガスは周囲に逃げるだけです。しかし、密閉されたデュワー瓶の内部には非常に高い圧力がかかる可能性があるため、爆発の危険を最小限に抑えるための予防措置が講じられています。圧力が過剰になると、1つまたは複数の圧力逃し弁がデュワー瓶からガスを逃がします。2006年にテキサスA&M大学で発生した事故では、液体窒素タンクの圧力逃し装置が真鍮のプラグで密閉されていました。その結果、タンクは壊滅的な故障を起こし、爆発しました。^[3]

第二に、デュワーを長時間空気中にさらしておくと、大気中の化学物質が極低温物質と接触して凝縮または凍結することがあります。これにより汚染物質が混入する可能性があります。これらの物質が凍結すると、たとえば水蒸気が氷になり、開口部が塞がれて圧力が高まり、爆発の危険が生じます。

第三に、デュワーから漏れたガスは徐々に周囲の空気中の酸素を置き換え、窒息の危険をもたらす。使用者はデュワーを換気の良い場所でのみ保管するように訓練されており、エレベーターでデュワーを輸送する前には余分なガス圧を逃がし、デュワーは単独で目的地に送られる。^[4]