Ultralav temperaturinnovation: Integrerede kryostatsystemer åbner op for produktivitetsgevinster – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world.jpg" data-caption="Seje ting Indvendigt billede af Pony-kryostaten installeret på Argonne National Laboratory i februar. Ponyen giver videnskabelige brugere kontinuerlig sub-Kelvin-køling og et stort eksperimentelt rum, der er praktisk at åbne og lukke. (Courtesy: Danaher Cryo) ” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg">

Mens nogle kan lide det varmt, kan andre godt lide at holde tingene kolde - ultrakoldt for at være præcis. Et casestudie i denne forbindelse er Danaher Cryogenics, den USA-baserede designer og producent af integrerede sub-Kelvin kryostatsystemer til forskellige applikationer inden for videnskabelig forskning og industriel R&D. Baseret i Boulder, Colorado, har den to år gamle teknologistart-up sat en høj bar for sig selv i ultralave temperaturer, hvilket fremgår af en mission statement om at "forfølge det næsten umulige med elegante, klassiske løsninger for optimal kryogen ydeevne – fra indledende koncept til virkeliggørelse”.

Hvis det er baghistorien, hvad med detaljerne? Front-and-center i Danaher Cryo-forretningsmodellen er samarbejde og kryogen innovation – partnerskab med både nøgleteknologileverandører og slutbrugere. "Det, jeg sætter en ære i - og hvad vi stræber efter her - er at være meget mere end en leverandør af transaktionsudstyr," forklarer Charlie Danaher, præsident og grundlægger af Danaher Cryo. Forenklet sagt: Målet for Danaher og hans kolleger er kollaborativ produktudvikling, "at finde ud af, hvad kunderne har brug for på et granulært niveau og derefter komme med den optimale kolde løsning med hensyn til kryostatdesign, udvikling og implementering".

Samarbejd, forny, accelerer

På overskriftsniveau opdeles Danaher Cryos udviklende kundebase i tre kernekredse: universitetsbaserede forskningsgrupper; US National Laboratories, herunder de nærliggende National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder Laboratories; samt rumfarts- og forsvarsentreprenører i USA og længere væk.

"Vi har etableret et ry for at arbejde hånd i hånd med kunder for at opfylde deres sub-Kelvin-krav på tværs af en række videnskabelige og tekniske projekter," forklarer Danaher. Tænk på banebrydende brugssager som enkeltfotondetektorer til radioastronomi; X-ray og neutron beamline eksperimenter; og scanning-probe mikroskopi undersøgelser af højtemperatur superledere.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Vi har etableret et ry for at arbejde hånd i hånd med kunder for at opfylde deres sub-Kelvin krav." (Courtesy: Danaher Cryo)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Blandt vores prioriterede vækstmarkeder er den fremvoksende kvanteteknologiske forsyningskæde," tilføjer Danaher, "hvor kryogene temperaturer er essentielle for materiale-R&D og enhedsudvikling inden for kvanteregistrering, kvantenetværk og kvanteberegningsapplikationer."

Danaher på sin side er ikke fremmed for kollaborativ innovation. Før han lancerede Danaher Cryo i april 2022, brugte han 25 år i senior produktudviklings- og ingeniørroller hos Cryogenic Technical Services (CTS) og High Precision Devices (HPD) – undervejs i tæt samarbejde med en række top-tier kunder som f.eks. Boeing, Generel atomik, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvard University, NASA og NIST.

Den samme udadvendte tankegang er grundlaget for den kommercielle tilgang hos Danaher Cryo, ikke mindst når det kommer til teknologiske partnerskaber. Den vigtigste blandt dem er virksomhedens tilknytning til Chase Research Cryogenics (CRC), en specialiseret britisk producent af sorptionskølere, der er i stand til at generere sub-Kelvin-temperaturer (selv ned til <0.1 K). "Det strategiske partnerskab med CRC har været på plads i 18 måneder," siger Danaher, "med Chase-kølere, der fungerer som en kernebyggesten i vores fuldt integrerede sub-Kelvin-kryostatsystemer."

En anden højprofileret partner er Leiden Cryogenics, med Danaher Cryo, der administrerer salget af fortyndingskøleskabe for den hollandske udstyrsproducent i hele Nordamerika. "Vi behandler ikke kun indkøbsordrerne," siger Danaher. "Vi letter installation, idriftsættelse og accept af Leiden-produkter samt løbende service- og vedligeholdelsessupport."

Tættere på hjemmet er der et løbende teknologisamarbejde med NIST og University of Colorado Boulder (CU Boulder), med Danaher Cryo positioneret som eksklusiv kommercialiseringspartner for den såkaldte Adaptive Cooling Technology (ACT) pulsrørskryokøler. Mens den nuværende generations pulsrørskøleskabe er specielt designet til steady-state, basistemperaturdrift, giver ACT-designet dynamisk justering af køleydelsen – funktionalitet, der er særlig virkningsfuld under nedkølingsfasen af ​​driften.

Danaher Cryo arbejder via en Cooperative Research and Development Agreement (CRADA), og har nu en eksklusiv mulighed for at licensere ACT-teknologiinnovationen (for nylig patenteret af CU Boulder). "Store kryogene systemer kan have nedkølingstider fra et par dage til mere end en måned," siger Danaher. "ACT-pulsrørsdesignet kan reducere disse tider med mere end 50 % – et overbevisende forslag med hensyn til arbejdsfloweffektivitet og F&U-produktivitet." 

Seje teknologier, kold videnskab

Mens det kryogene ACT-system er ved at blive klaret til fuld kommerciel udgivelse i anden halvdel af 2025, tilbyder Danaher Cryo allerede en omfattende portefølje af kontinuerligt kølende og one-shot kryostatsystemer – en produktportefølje, der vil blive fremvist på American Physical Society (APS) martsmøde i Minneapolis, MN, i næste uge.

De kontinuerlige kølesystemer bevarer deres basistemperatur på ubestemt tid og omfatter Pony (med en køleevne ned til under 825 mK), Bronco (<300 mK) og Charger (fuldt integreret med CRC's minifortyndingskøleskab til afkøling til under 100 mK) . One-shot kryostatsystemerne giver på den anden side tidsbegrænset køling i op til 30 timer og omfatter Colt (850 mK basistemperatur), Palomino (300 mK) og Mustang (200 mK).

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg" data-caption="Spil efter dine styrker Danaher Cryos nye Kevlar-ophæng og prøvetrin kan inkluderes i ethvert af virksomhedens kontinuerlige køle- eller one-shot kryostatsystemer. (Courtesy: Danaher Cryo)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg">

Det er bemærkelsesværdigt, at Danaher Cryo-teamet fik sin første kundeinstallation tidligere på måneden med Pony-kryostaten installeret og accepteret hos det amerikanske energiministerium. Argonne National Laboratory i udkanten af ​​Chicago. "Ponyen kombinerer kontinuerlig sub-Kelvin-køling med nem adgang til det kolde område og prøve-under-test," forklarer Danaher.

Argonne-forskere vil bruge kryostaten til at teste og karakterisere superledende nanotråd-partikeldetektorer til applikationer inden for kernefysik. "På grund af ponyens store eksperimentelle rum, vil systemet blive brugt til test af fulde wafere før terninger," bemærker Danaher. "Efterfølgende vil skiverne blive skåret i tern, og de udvalgte chips vil blive indsat til beamline-eksperimenter."

Danaher er på sin side også ivrig efter at fremhæve fordelene ved Charger-systemet - primært kontinuerlig 100 mK køling "uden besværet", der typisk er forbundet med fortyndingskøleskabe. "Vi udnytter CRC's Continuous Miniature Dilutor (CMD) subsystem," forklarer han. CMD er et lille, selvstændigt køleskab, der kun kræver et par liter heliumgas. Der er ikke behov for nogen ekstern gashåndtering, hvilket igen eliminerer den nødvendige service til pumper og reducerer chancerne for dyrt gastab.

"I forlængelse heraf," tilføjer Danaher, "kræver Charger-kryostaten mindre end 1 m² laboratorieplads – det kompakte kontrolsystem ikke medregnet – hvorimod de fleste fortyndingskøleskabe typisk ville forbruge mere end det dobbelte.”

I mellemtiden er kontinuerlig produktinnovation fortsat prioritet for Danaher og hans chefkryostatdesigner Bryan Schiffner. Med dette i tankerne vil en ny Kevlar-ophæng, der kan inkluderes i enhver af virksomhedens kryostater, også blive afsløret på APS-martsmødet. Kort sagt er Kevlar-ophænget integreret i kryostaten for at give forskerne en platform til at installere deres prøve eller samling under-test ved den kolde temperatur uden at risikere at beskadige CRC-sorptionskøleren.

"Kevlar-ophænget understøtter et prøvetrin, der giver tæt nærhed til køleren," konkluderer Danaher. "På denne måde kan vi sikre, at kryostaten er videnskabeligt nyttig takket være et robust, holdbart og rummeligt prøvetrin."

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/