Sicuramente tutti sappiamo cosa sia un termostato, e ne abbiamo uno nella nostra casa: l’esigenza di mantenere stabile la temperatura nella nostra abitazione (o nel nostro forno, del resto) non è nulla che ci lasci stupiti o che fatichiamo a capire. Ma abbiamo mai sentito parlare di criostati? La parola è simile, e infatti lo è anche la funzione: a cambiare è quella parte, “crio”, che in greco significa “freddo”. E difatti lo scopo di un criostato è di mantenere stabilmente un oggetto, che sia un campione di tessuto o un dispositivo, a temperature bassissime. Sono diverse le strutture che questo strumento può assumere, a seconda dell’applicazione scientifica, ingegneristica, o medica per la quale sta venendo impiegato.

1. Criostati a ciclo chiuso
Questi criostati sono camere nelle quali viene pompato del vapore di elio a bassissime temperature. Un abbattitore meccanico esterno si occupa di sottrarre calore all’elio che esce dal sistema e si è riscaldato, e lo ri-immette, nuovamente refrigerato, nella camera. Il sistema consuma molta corrente, ma nient’altro, e può funzionare da solo per lunghissimi periodi. Se collegati ad una piastra metallica in una camera a vuoto in contatto con la camera a vapore, gli oggetti possono essere così refrigerati.

2. Criostati a flusso continuo
In questo caso, è un getto continuo di criogeni liquidi, come ad esempio azoto o elio liquidi, che abbassa la temperatura. Per effettuare un preciso controllo della temperatura si regola il flusso di criogeno, e allo stesso tempo si agisce su una resistenza elettrica. In questo caso, il funzionamento prolungato dipende dalle scorte di criogeno liquido disponibili.

3. Criostati a bagno
In questo tipo di criostato, l’abbattimento di temperatura è generato da un bagno di elio liquido con cui la piastra raffreddante viene messa in contatto termico; questo viene rimpolpato ad intervalli regolari, a seconda del modello e delle dimensioni. È una tecnologia resa obsoleta dall’introduzione dei superisolanti.

4. Criostati multistadio
Talvolta l’abbattimento di temperatura richiesto è tanto grande che un criostato non riesce a generarlo in un unico stadio, ed è necessario aggiungere diversi cicli di raffreddamento. In questo modo, sfruttando contenitori pieni di isotopo He-4 collegati a pompe a vuoto, è possibile arrivare a temperature fino ad 1 K – un solo grado sopra lo zero assoluto. L’aggiunta di stadi con abbattitori magnetici può portare perfino ad 1mK di temperatura.