О «бедном» Дьюаре замолвите слово

Некоторые знают, что в феврале отмечается Thermos Bottle Day, посвященный одному из самых практичных и революционных изобретений в повседневной жизни — термосу. В «День термоса» мы вспоминаем не просто емкость, а символ практичности, экологичности и научных достижений. При этом далеко не каждый знает о предшественнике термоса — сосуде Дьюара или просто дьюаре, который применяется достаточно широко. В научных исследованиях сосуды Дьюара используются для создания экстремальных условий, необходимых для получения новых данных и определения физических и химических свойств различных материалов. В космической промышленности они нужны для сохранения жидкого кислорода, используемого для поддержания жизнедеятельности на орбите. В медицине в сосудах Дьюара хранится жидкий азот и биологические материалы при низких температурах. Также в этих сосудах хранят и транспортируют вакцины, применяемые в ветеринарии, такие как вакцина против болезни Марека или векторные вакцины HVT. В этой статье речь пойдет о Дьюаре и дьюарах.

«Плагиатор помогает автору понять ценность его работы»
(Александр Фюрстенберг)

Экскурс в историю

Сэр Джеймс Дьюар родился в Кинкардин-он-Форте (Шотландия) в 1842 году в семье винодела, владевшего таверной. В 1858 году он поступил в Эдинбургский университет, где изучал физику и химию. В 1867 году Фридрих Август Кекуле пригласил Дьюара провести летний семестр в своей лаборатории в Генте. Таким образом, молодому ученому невероятно повезло познакомиться с одним из самых блестящих химиков Европы. В 1875 году Дьюар занял должность профессора естественной и экспериментальной философии Кембриджского университета, а через два года был избран на должность профессора химии в Королевском институте в Лондоне. С 1897 по 1899 год он был президентом Лондонского химического общества. Как и большинство великих людей, Джеймс Дьюар был чрезвычайно скромен. Он никогда не хвастался своими достижениями, не придавал им большого значения и беспокоился о том, чтобы другие этого не делали [1].

Если у Дьюара и был какой-то недостаток, то он заключался в его раздражительности, которую он порой выражал слишком откровенно. Он был способен вступать в довольно ожесточенные споры с другими учеными. Роберт Джон Стретт, четвертый лорд Рэлей, писал, что «спорить с Дьюаром — все равно что быть мухой в патоке» [2]. Известно, что Джеймс Дьюар судился с Альфредом Нобелем, который считал, что разработанный Дьюаром и Фредериком Абелем новый тип бездымного пороха — кордит, слишком уж похож на запатентованный им баллистит. Впрочем, тогда судебное решение было принято не в пользу Нобеля. В 2012 году вышла книга Джона Роулинсона «Сэр Джеймс Дьюар, 1842-1923: Безжалостный химик» [3]. Название этой книги как нельзя лучше говорит о характере Дьюара, который был яростным и порой беспринципным защитником своих прав и своих претензий на приоритет, что проливает свет на научный дух и практику его времени.

Одним из важнейших результатов работы Дьюара стало изобретение им вакуумного сосуда для минимизации потерь тепла. Сжижение газов было дорогостоящим и трудоемким процессом; поэтому Дьюар разработал контейнер, в котором после сжижения газы можно было хранить как можно дольше. В начале 1893 года Джеймс Дьюар впервые продемонстрировал перед аудиторией свой знаменитый вакуумный сосуд столь совершенной конструкции, что она осталась не сильно измененной до наших дней. Дьюар трансформировал криостат с двойными стенками, откачав воздух из пространства между ними. На лекции он артистически продемонстрировал преимущества своего изобретения: сначала он показал жидкий кислород в спокойном состоянии, как обычную воду; затем он отломал носик на стеклянном баллоне: как только воздух попал в межстеночное пространство, жидкий кислород стал интенсивно кипеть [4].

Дьюар не получил прибыли от широкого внедрения своего вакуумного сосуда. Молодой берлинский предприниматель Рейнгольд Бургер с 1894 года изготавливал на своей фабрике по производству стеклянной продукции колбы для дьюаров. Для того, чтобы удовлетворить просьбу другого заказчика, изобретателя льдогенераторов, коммерсант стал экспериментировать с уже выпускаемыми им вакуумными сосудами. В результате опытов он понял, что в колбах хорошо сохраняется температура не только газа, но и жидкостей. Бургер решил усовершенствовать конструкцию и сделать ее более прочной. Работа над созданием «емкости Бургера», знакомой нам как термос, заняла не один год. Для удобного применения дьюара в быту и хранения в нем напитков он добавил к нему металлический корпус, пробку и крышку-стаканчик. А еще Бургер придумал систему поддержки внутренней стенки колбы, поскольку она держалась лишь в одном месте у горловины емкости и легко ломалась при частом использовании. Немецкий патент на свое изобретение он получил в 1903 году и вскоре основал в Берлине фирму Thermos GmbH, где стали производить термосы. В 1907 году была основана компания American Thermos Bottle Company в Портленде, что положило начало мировому успеху термоса. Через рекламу одного из дилеров Thermos в Англии о бутылях узнал Джеймс Дьюар. Предположительно, в 1910 и 1911 годах Дьюар подавал иски против британской компании Thermos Limited, которые он проиграл в обоих случаях, хотя его действительно признали изобретателем вакуумной колбы. При этом нельзя однозначно утверждать, что Рейнгольд Бургер украл идею Джеймса Дьюара. Дьюар, в свою очередь позаимствовал разработку немецкого физика Адольфа Фердинанда Вайнхольда, который первым начал использовать для своих лабораторных опытов помещенные один в другой стеклянные сосуды без воздуха между ними. Французы же присвоили вакуумному сосуду название «вазы Д’Арсонваля» по фамилии Арсена Д’Арсонваля, который в 1888 году осуществил вакуумную изоляцию в биологических опытах. Но только Дьюару суждено было до конца понять значение такой изоляции и лишь его таланту мы обязаны возникновению новой криогенной техники [4, 5, 6, 7].

Научные работы Дьюара охватывают широкий спектр областей — в его ранних статьях рассматривались такие темы, как органическая химия, водород и его физические константы, исследования высоких температур, температура Солнца и электрическая искра, спектрофотометрия и химия электрической дуги. В середине 1890-х годов Дьюар отвечал за создание и финансирование исследовательской лаборатории Дэви-Фарадея. Это подразумевало не только приобретение нового здания, но и прямую поддержку его криогенных исследований. Успех пришел в 1898 году, когда ему наконец-то удалось добиться сжижения водорода.

Однако в соревновании по сжижению гелия с голландцем Хейке Камерлинг-Оннесом Дьюар проиграл: в 1913 году «Господину Абсолютного Нуля», как прозвали химика из Лейденского университета его коллеги, дали Нобелевскую премию по физике «за исследования свойств вещества при низких температурах, которые привели к производству жидкого гелия». Дьюар же был номинирован на Нобелевскую премию 8 раз — 5 раз по физике и 3 раза по химии, — но никогда не удостаивался такой чести. Тем не менее, нельзя назвать его «бедным» — несмотря на то, что он не получил признания Шведской Академии, Джеймс Дьюар был отмечен до и после смерти многими другими институтами в Англии и за границей. В 1904 году ученый был возведен в рыцарское достоинство, а в 1970 году в честь него был назван лунный кратер. Ну и название «сосуд Дьюара» осталось за ним.

Конструкция сосуда Дьюара

Оригинальный сосуд Дьюара представлял собой двустенную стеклянную колбу, где пространство между стенками лишено воздуха, а сами стенки покрыты отражающим слоем (Дьюар использовал для отражения покрытие серебром). Вакуум между двумя сосудами минимизировал тепловую передачу и предотвращал кипение жидкого газа. Этот метод позволил Дьюару хранить жидкий кислород на протяжении более 60 часов, что установило новый рекорд для работы с жидким газом.

Конструкция современных сосудов Дьюара отличается от дизайна оригинального сосуда. Они получили множество модификаций, включая более устойчивые материалы и технологии защиты от утечки жидких газов. Эти меры разработаны для увеличения безопасности при обращении с жидкими газами. Давайте рассмотрим конструкцию дьюара на примере модели MVE Doble 47 [8] — сосуда с жидким азотом, в котором при температуре -196˚C могут храниться и транспортироваться вакцины для ветеринарного применения. Такие сосуды выпускаются MVE Biological Solutions — глобальным производителем криогенных морозильных камер и алюминиевых сосудов Дьюара (сегодня входит в компанию Cryoport Inc.).

В России также выпускаются сосуды Дьюара; основные производители — НПО «Криомаш» и НПО «Гелиймаш», предлагающие модели для лабораторий, медицины и промышленности. Отечественные сосуды оптимальны для стандартных задач с точки зрения цены/качества, а иностранные — для специфических высокотехнологичных задач. Российские сосуды считаются «неубиваемыми» благодаря качественным материалам, но иностранные производители часто используют более современные технологии вакуумирования, обеспечивающие лучшие показатели по удержанию температуры, а сосуды могут быть легче по весу.

Внутри сосуда модели MVE Doble 47 расположены 6 канистр. В случае с вакцинами для ветеринарного применения в канистрах находятся ампулы, закрепленные в специальных металлических фиксаторах — криотростинах/криосоломинах. Новые/теплые сосуды заполняют жидким азотом и оставляют на 24 часа для достижения максимального времени удержания холода (hold time).

Меры безопасности при работе с сосудами Дьюара

Для безопасного обращения с сосудами Дьюара следует знать основные характеристики жидкого азота, в котором хранится содержимое сосуда — в рассматриваемом случае — вакцины для ветеринарного применения. Жидкий азот — прозрачная жидкость, является одним из четырех агрегатных состояний азота. Один литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20°C, образует примерно 700 литров газа, по этой причине его и хранят в дьюарах. Жидкий азот имеет точку кипения 77,4 K (-195,75°C). Он не взрывоопасен и не ядовит, однако все равно опасен, так как не поддерживает дыхание. Жидкий азот чрезвычайно холодный, поэтому во избежание обморожения, необходимо проявлять крайнюю осторожность при обращении с ним, с емкостями для его хранения или перекачки, а также любыми предметами, которые с ним контактировали. В частности:

• Не оставлять открытых участков кожи.
• Всегда надевать соответствующую защитную одежду поверх одежды: защитный щиток для лица, криогенные перчатки и криогенный фартук.
• Соблюдать крайнюю осторожность, чтобы предотвратить разлив и разбрызгивание жидкого азота во время перекачки.
• Всегда держать сосуд в вертикальном положении, не наклонять и не класть его на бок.
• Немедленно снять любую одежду или защитную одежду, на которую попал жидкий азот.
• Немедленно обратиться за медицинской помощью при любом обморожении, вызванном жидким азотом.

Выброс паров азота может привести к снижению содержания кислорода в воздухе, что может вызвать удушье или даже смерть. Нельзя хранить и использовать сосуды с жидким азотом в небольших закрытых помещениях или помещениях с плохой вентиляцией. Обычно помещения, в которых установлено оборудование криогенного замораживания, оснащают приборами для измерения уровня кислорода и системой оповещения, а также системой приточно-вытяжной вентиляции с автоматическим управлением. Во избежание повышенной испаряемости жидкого азота не рекомендуется располагать сосуды вблизи отопительных приборов или на прямом солнечном свету.

Нельзя закрывать сосуд с жидким азотом плотно и препятствовать выходу газообразного азота. Горловину сосуда следует закрывать только оригинальной крышкой. Кроме того, чрезмерная влажность или воздействие дождя могут привести к замерзанию крышки и возможному взрыву. При появлении на поверхности крышки сосуда инея или «снеговой шубы», слой которого увеличивается по мере испарения азота, что является признаком потери вакуума в изоляционной полости сосуда, необходимо немедленно переложить содержимое в исправный сосуд, затем слить жидкий азот и поставить дефектный сосуд на отогрев в течение двух суток в помещение с ограниченным доступом. Измерение уровня жидкого азота следует производить специальным щупом, нельзя использовать для этого полую трубку — это может привести к термическому ожогу.

Обращаться с сосудом Дьюара следует осторожно, в том числе:

• Нельзя переполнять сосуд жидким азотом, его уровень всегда должен быть не выше нижнего обода горловины — переполнение емкости может привести к немедленному или преждевременному нарушению вакуума.
• Нельзя перевозить сосуды с жидким азотом на боку или вверх дном — это может привести к нарушению вакуума и потере содержимого.
• Содержимое (канистры, криотростины) следует извлекать и вставлять аккуратно, не царапая область горловины — царапины могут привести к преждевременному нарушению вакуума и потере содержимого.
• Вмешательство в работу клапана вакуумирования (вакуумного клапана) или его удаление может привести к разрушению вакуума.
• Нельзя ронять, ударять и трясти сосуд.
• Нельзя проливать жидкий азот на вакуумный клапан или рядом с ним.
• Нельзя оставлять сосуд на открытом воздухе.
• Дно сосуда следует держать в чистоте и вдали от химикатов, удобрений, почвы и влаги [9, 10].

Вот один из уроков, извлеченных из опыта, который представлен на сайте Центра лабораторной безопасности Калифорнийского университета (the UC Center for Laboratory Safety, UCCLS) [11]. Исследовательница опустила металлические стойки в сосуд с жидким азотом, когда ее рука соприкоснулась с химическим веществом и она получила ожоги трех пальцев. Она немедленно сообщила об инциденте и обратилась в отделение неотложной помощи за медицинской помощью. В момент инцидента исследовательница была одета в соответствующую защитную одежду, включая пару латексных перчаток под перчатками для работы с криогенными продуктами (криогенными перчатками); однако химическое вещество проникло сквозь перчатки при погружении. Ее криогенные перчатки выглядели целыми, они были предназначены для работы с холодными предметами и защиты от температур до -162°C. Однако такие перчатки нельзя погружать в жидкий азот, температура которого составляет -196°C. Кроме того, если перчатки использовались для других целей, где они намокли, проблема может усугубиться — не все криогенные перчатки водостойкие.

Другой пример — случай 2006 года в Техасском университете A&M, когда «модернизация» емкости привела к инциденту [12]. Студенты использовали старый сосуд Дьюара, который последний раз проходил испытания в 1980 году. По какой-то причине в прошлом вакуумный клапан вышел из строя, поэтому его сняли и загерметизировали металлической пробкой. Из-за последующего повышения давления произошел взрыв сосуда, в результате чего он пробил потолок помещения. Вывод: никогда не храните жидкий азот в герметичной емкости.

Если сосуды Дьюара являются «оборотными», то при возврате их нужно проверить, с документальным оформлением выполненной проверки: целостность крышки и горловины, наличие вакуумного клапана, отсутствие посторонних материалов в сосуде и соответствующее состояние канистр. Если есть повреждения на крышке или горловине, то их нужно заменить; если не хватает канистры, то недостачу нужно восполнить. Если на корпусе или частях сосуда есть вмятины или повреждения, то его дальнейшее использование невозможно, он подлежит списанию. В случае обнаружения в сосуде посторонних материалов или остатков содержимого (например, ампул с вакцинами для ветеринарного применения) их необходимо удалить и отправить в «опасные отходы», используя при этом соответствующие средства защиты.

Очистка и дезинфекция сосудов Дьюара

Как и при возврате сосуда Дьюара, перед началом его очистки необходимо убедиться, что внутри он полностью разморожен и не содержит посторонних материалов или остатков. Также нужно убедиться, что сосуд не находится под давлением или в процессе активного использования. При выполнении очистки и дезинфекции требуется использовать соответствующую защитную одежду, чтобы обеспечить безопасность при работе с химическими или очищающими средствами (резиновые перчатки, защитные очки, фартук).

Для мытья сосуда рекомендуется использовать мягкую губку или щетку, чтобы избежать повреждения внутреннего покрытия — жесткие материалы или щетки могут повредить устойчивость сосуда к теплу и химическим веществам. Следует избегать использования абразивных чистящих средств. При выборе моющего/дезинфицирующего средства нужно обращать внимание на то, чтобы оно не могло вступить в реакцию с материалами емкости (с алюминием, нержавеющей сталью или композитом). Дезинфицирующим средством может быть любое, растворимое в воде, применяемое в рамках ежеквартальной замены дезинфицирующих средств. Важно тщательно промыть все внутренние поверхности и удалить все остатки раствора после очистки. Особое внимание следует уделить участкам, где могут накопиться осадки или загрязнения. Наружную поверхность сосуда необходимо протереть безворсовой салфеткой, смоченной в растворе. В завершение нужно дать сосуду полностью высохнуть перед вводом в эксплуатацию. Рекомендуется перевернуть его, чтобы слить воду и полностью высушить, установив на стеллаже [9, 13].

Испытание сосудов Дьюара на целостность

Принятые на склад сосуды Дьюара перед использованием необходимо подвергнуть испытанию на целостность, с документальным оформлением выполненного испытания. Для проведения данного испытания в отведенном для этого месте следует наполнить сосуды жидким азотом до нижнего обода горловины. После наполнения сосуды отстаиваются минимум 48 часов для проверки объема испарения азота (для того, чтобы соблюсти этот временной интервал, испытание не рекомендуется проводить в выходные или праздничные дни). Нужно наблюдать за состоянием сосудов, не появляются ли на их внешней поверхности признаки замораживания или просачивания азота, поскольку эти признаки могут свидетельствовать о неисправности изоляции сосудов. Если эти признаки замечены, то такой сосуд не следует использовать, нужно проверить его техническое состояние: в обоснованном случае он подлежит списанию.

Проверка сосудов Дьюара, подготовленных к транспортировке

Если до отправки ампулы с вакцинами для ветеринарного применения хранятся в предназначенных для транспортировки сосудах Дьюара в течение нескольких дней, то ежедневно по рабочим дням нужно проверять уровень жидкого азота, отсутствие на внешней поверхности емкости признаков замораживания или влажности. Если при проверке обнаруживается падение уровня азота, и как минимум один раз в неделю нужна дозаправка азота в сосуд таким образом, чтобы его уровень достигал нижнего обода горловины. Большего количества жидкого азота в емкости быть не должно, так как при закрывании сосуда азот может вылиться, что может привести к инциденту. Перед выходными днями в последний рабочий день следует полностью заполнить сосуд жидким азотом. В нерабочие дни график дозаправки азота раз в неделю также должен соблюдаться.

Валидация/верификация транспортировки продукции в сосудах Дьюара

Верификация процесса транспортировки играет важную роль, обеспечивая прозрачность, эффективность и безопасность на протяжении всей цепочки поставок. Каждый этап транспортировки вакцин для ветеринарного применения в сосудах Дьюара, от погрузки до доставки, должен тщательно контролироваться и документироваться.

В соответствии с п. 6.3. Приложения 15 к руководствам по Надлежащей производственной практике (Good Manufacturing Practice, GMP) [14, 15], для рассмотрения влияния на процесс транспортировки изменяющихся факторов, отличных от тех, которые контролируются или подвергаются мониторингу (например, задержки при транспортировке, сбоев в устройствах регистрации данных, долива жидкого азота, чувствительности продукции и других соответствующих факторов), необходимо проводить оценку рисков для качества. Пример одного из рисков при авиаперевозке вакцин для ветеринарного применения в сосудах Дьюара, который может повлиять на качество продукции, можно найти здесь.

Маркировка продукции в сосудах Дьюара средствами идентификации

В 2024 году в России завершилось проведение эксперимента по маркировке средствами идентификации лекарственных препаратов для ветеринарного применения (согласно Постановлению Правительства РФ от 21.12.2023 г. № 2222) [16]. Среди прочего проводились испытания, связанные с возможностью маркировки вакцин для ветеринарного применения, хранящихся и транспортирующихся в сосудах Дьюара. По результатам эксперимента данный вид продукции был исключен из перечня препаратов подлежащих маркировке. В процессе испытаний не было выявлено сложностей при маркировке средствами идентификации на производственной площадке, однако подобрать оптимальные варианты маркировки импортных вакцин на таможенном складе без возможного нанесения вреда содержимому дьюара оказалось крайне сложно.

Представленный материал подготовлен с использованием данных, актуальных на 27.03.2026. В случае получения новых или дополнительных данных статья может быть обновлена.                     

Ссылки:

1. Kincardine Local History Group. Sir James Dewar (1842 — 1923). URL: https://kincardinehistory.com/?page_id=191 (дата обращения 27.03.2026)
2. Сhemistryexplained. James Dewar — Chemistry Encyclopedia. URL: https://www.chemistryexplained.com/Co-Di/Dewar-James.html (дата обращения 27.03.2026)
3. John Rowlinson, Sir James Dewar, 1842-1923: A Ruthless Chemist. Routledge, 2012. ISBN-13: ‎978-1409406136
4. Kurt Mendelssohn, The quest for absolute zero, the meaning of low temperature physics. Wiley, 1977. ISBN-13: ‎978-0470991480
5. DW / Необыкновенные приключения обыкновенного термоса. URL: https://p.dw.com/p/1HcfJ (дата обращения 27.03.2026)
6. VC / До слова «термос» была компания Thermos: история бренда, который внедрил новое слово и судился за него с другими. URL: https://vc.ru/story/331332-do-slova-termos-byla-kompaniya-thermos-istoriya-brenda-kotoryi-vnedril-novoe-slovo-i-sudilsya-za-nego-s-drugimi (дата обращения 27.03.2026)
7. Thermosflasche.jimdofree / FAKE-NEWS zur Thermosflasche. URL: https://thermosflasche.jimdofree.com/fake-news-zur-thermosflasche/ (дата обращения 27.03.2026)
8. MVE Biological Solutions / MVE Double Series. URL: https://mvebio.com/wp-content/uploads/sites/4/2024/02/MVE-Doble-Series-Spec-Sheet-1.pdf (дата обращения 27.03.2026)
9. MVE Biological Solutions / Instructions for Use for MVE Liquid Nitrogen Dewars. URL: https://mvebio.com/wp-content/uploads/sites/4/2024/04/11624417-AA.pdf (дата обращения 27.03.2026)
10. Криомаш / Меры безопасности и порядок работы с сосудами Дьюара. URL: https://cryomash.com/articles/mery-bezopasnosti-i-poryadok-raboty-s-sosudami-dyuara/ (дата обращения 27.03.2026)
11. UCCLS / Lessons Learned / Student Sustains Cold Burns When Touching Liquid Nitrogen. URL: https://cls.ucla.edu/student-sustains-cold-burns-when-touching-liquid-nitrogen (дата обращения 27.03.2026)
12. Science / How Not to Do It: Liquid Nitrogen Tanks. URL: https://www.science.org/content/blog-post/how-not-do-it-liquid-nitrogen-tanks (дата обращения 27.03.2026)
13. Криомаш / Как правильно мыть сосуд Дьюара. URL: https://cryomash.com/articles/kak-pravilno-myt-sosud-dyuara/ (дата обращения 27.03.2026)
14. The rules governing medicinal products in the European Union — Volume 4 — Good Manufacturing Practice (GMP) guidelines. Annex 15 — Qualification and Validation. URL: https://health.ec.europa.eu/document/download/7c6c5b3c-4902-46ea-b7ab-7608682fb68d_en?filename=2015-10_annex15.pdf (дата обращения 27.03.2026)
15. КонсультантПлюс / Решение Совета Евразийской экономической комиссии от 04.07.2023 N 76 «О внесении изменений в Правила надлежащей производственной практики Евразийского экономического союза». URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_454311/ (дата обращения 27.03.2026)
16. КонсультантПлюс / Постановление Правительства РФ от 21.12.2023 N 2222 «О проведении на территории Российской Федерации эксперимента по маркировке средствами идентификации лекарственных препаратов для ветеринарного применения» (вместе с «Положением о проведении на территории Российской Федерации эксперимента по маркировке средствами идентификации лекарственных препаратов для ветеринарного применения»)». URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_465331/ (дата обращения 27.03.2026)