در این پایان نامه در مورد انواع سیکل های ترمودینامیکی مورد استفاده در سرماسازهای فوق سرد بحث شده است. سیکل هایی مانند استرلینگ، کلود، ...که در همه آنها از هلیوم به عنوان‎ سیال ‎‎خنک کننده‎‎‎‎‎ استفاده شده است. علاوه بر این‏، از آنجا که گاز هلیوم در تمامی این سیکل ها نقش اساسی داشته و نیز یکی از کاربردهای مهم سرماسازی در دمای فوق سرد، میعان سازی این گاز استراتژیک می باشد، در این پژوهش منابع این گاز و فراوانی آن در برخی مناطق ازجمله کشور عزیز ایران پرداخته شده است. علاوه بر این خواص و نمودارهای ترمودینامیکی مربوط به این گاز مورد مطالعه قرار گرفته است‎.‎‎‎ در بخش دیگر از این پایان نامه به اجزاء اصلی یک دستگاه سرماساز دمای فوق سرد پرداخته شده است که این اجزا در سیستم های مختلف، متفاوت می باشند. اجزایی مانند توربو اکسپندرها، کمپرسورها، مبدل های حرارتی، دریچه های ‎ j-t ‎، و غیره. گرچه استفاده از این اجزا در بسیاری از سیستم های پتروشیمی متداول است، لکن با توجه به تغییر پارامترها و خواص مواد تشکیل دهنده این اجزا و بعضاً تغییر رفتار آنها در شرایط کریوژنیک، محاسبات مربوط به این اجزا و نحوه بکارگیری آنها متفاوت خواهد بود.‎‎ بحث دیگری که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است، بحث منابع گاز هلیوم در زمین و جداسازی این گاز استراتژیک و روشهای متداول آن می باشد‎‎‎‎.‎‎