열은 저온 물체에서 고온 물체로 자동 전달되지 않기 때문에 자연 환경보다 온도가 낮은 환경을 얻기 위해서는 인위적인 방법이 필요합니다.
저온 획득은 가스의 액화와 밀접한 관련이 있습니다. 18세기 말, 네덜란드인 Van Marum은 암모니아를 액화하기 위해 처음으로 고압 압축에 의존했습니다. 1823년 패러데이는 염화물의 성질을 연구하던 중 유리관의 차가운 끝 부분에 액체 방울이 나타나는 것을 발견했습니다. 연구 결과 이것이 액체 염소(액화 온도 -34.6°C)라는 것이 입증되었습니다. 1826년에 그는 유리관의 차가운 끝부분을 냉각수에 담가서 다양한 기체를 액화시켰습니다. 이를 바탕으로 일반적인 냉동 기술이 형성되었는데, 예를 들어 냉장고나 공조 장치는 주로 증기 압축 조절 냉동을 기반으로 합니다. 가스나 액체가 고압 상태로 압축된 후 열을 방출하고 팽창합니다. 저압 상태에서 냉동 및 냉각 효과를 얻을 수 있습니다. 이 방법은 -150℃~-80℃의 저온을 얻을 수 있습니다.
그러나 이후 수십 년 동안 산소, 질소, 수소와 같은 가스는 액화의 징후를 보이지 않았습니다. 많은 과학자들은 이것이 실제 "영구 가스"라고 믿습니다. 하지만 정말 액화되지 않을 수 있을까요? 대답은 '아니요'입니다. 특정 온도 이하이면 가스가 액체로 변환될 수 있습니다. 1877년에는 산소가 액화되었고, 6년 후에는 수소와 헬륨을 제외한 모든 "영구 가스"가 액화되었습니다. 1892년 영국인 듀어(Dewar)는 저온 유지 장치 듀어 병(cryostat Dewar Bottle)을 발명했고, 1898년에는 수소를 20.4K의 온도까지 액화시켰습니다. 그런 다음 그는 수소 표면의 증기를 추출하여 12도의 개방 온도에 도달하여 수소를 응고시켰습니다. 이 시점에서는 액화되지 않은 마지막 "영구 가스" 헬륨만 남게 됩니다!
수소의 액화는 헬륨의 액화 조건을 만듭니다. 저온은 주로 액체 증발과 스로틀 팽창에 의해 얻어졌습니다. 더 낮은 온도를 얻으려면 다단계 캐스케이드 시스템이 필요한 경우가 많습니다. 이는 물리적 원리로는 가능하지만 실제로는 많은 기술적 문제가 있습니다. 설계자는 다양한 물리적 문제와 이를 해결하기 위해 필요한 기술 장비를 고려해야 합니다. 많은 악기를 스스로 제작해야 하며, 심지어 전기도 처음에는 스스로 해결해야 합니다. 네덜란드 라이덴 대학의 물리학자인 온네스(Onness)는 1908년에 압축 질소 조절을 사용하여 수소를 예냉하고, 수소 압축 및 조절을 사용하여 헬륨을 예냉하고, 마침내 압축 조절을 사용하여 헬륨을 액화시켰습니다. 4.2 켈빈의 낮은 온도가 얻어졌습니다. 이 시점에서 자연계의 모든 가스는 액화될 수 있습니다!