Innovación de temperatura ultrabaja: los sistemas de criostatos integrados permiten aumentar la productividad – 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="Cosas interesantes Vista interior del criostato Pony instalado en el Laboratorio Nacional Argonne en febrero. El Pony proporciona a los usuarios científicos un enfriamiento continuo sub-Kelvin y un gran espacio experimental que es conveniente para abrir y cerrar. (Cortesía: Danaher Cryo) ” title=”Haga clic para abrir la imagen en la ventana emergente” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- abrir-ganancias-de-productividad-mundo-de-la-física.jpg”>

Mientras que a algunos les gusta el calor, a otros les gusta mantener las cosas frías (ultrafrías para ser precisos). Un caso de estudio a este respecto es criogénica danaher, el diseñador y fabricante con sede en EE. UU. de sistemas criostatos sub-Kelvin integrados para diversas aplicaciones en investigación científica e investigación y desarrollo industrial. Con sede en Boulder, Colorado, la nueva empresa tecnológica de dos años de antigüedad se ha fijado un listón muy alto en el régimen de temperatura ultrabaja, como lo demuestra su declaración de misión de "perseguir lo casi imposible con soluciones elegantes y clásicas para lograr una temperatura óptima". Rendimiento criogénico: desde el concepto inicial hasta la realización”.

Si esa es la historia de fondo, ¿qué pasa con los detalles? En el centro del modelo de negocio de Danaher Cryo se encuentran la colaboración y la innovación criogénica, asociándose tanto con proveedores de tecnología clave como con usuarios finales. "De lo que estoy orgulloso (y de lo que nos esforzamos aquí) es de ser mucho más que un proveedor de equipos transaccionales", explica Charlie Danaher, presidente y fundador de Danaher Cryo. En pocas palabras: el objetivo de Danaher y sus colegas es el desarrollo colaborativo de productos, "para descubrir qué necesitan los clientes a nivel granular y luego encontrar la solución de frío óptima en términos de diseño, desarrollo e implementación de criostatos".

Colaborar, innovar, acelerar

A nivel general, la base de clientes en evolución de Danaher Cryo se divide en tres grupos principales: grupos de investigación universitarios; Laboratorios Nacionales de EE. UU., incluido el cercano Laboratorios de Boulder del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST); así como contratistas aeroespaciales y de defensa en los EE. UU. y otros países.

"Nos hemos ganado la reputación de trabajar mano a mano con los clientes para cumplir con sus requisitos sub-Kelvin en una variedad de proyectos científicos y de ingeniería", explica Danaher. Piense en casos de uso de vanguardia, como detectores de fotón único para radioastronomía; Experimentos de rayos X y líneas de luz de neutrones; y estudios de microscopía de sonda de barrido de superconductores de alta temperatura.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Nos hemos ganado la reputación de trabajar mano a mano con los clientes para cumplir con sus requisitos sub-Kelvin". (Cortesía: Danaher Cryo)” title=”Haga clic para abrir la imagen en la ventana emergente” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Entre nuestros mercados de crecimiento prioritarios se encuentra la cadena de suministro de tecnología cuántica emergente", añade Danaher, "donde las temperaturas criogénicas son esenciales para la I+D de materiales y el desarrollo de dispositivos en aplicaciones de detección cuántica, redes cuánticas y computación cuántica".

Danaher, por su parte, no es ajeno a la innovación colaborativa. Antes de lanzar Danaher Cryo en abril de 2022, pasó 25 años en puestos senior de ingeniería y desarrollo de productos en Cryogenic Technical Services (CTS) y High Precision Devices (HPD), trabajando en estrecha colaboración a lo largo del camino con una variedad de clientes de primer nivel como Boeing, Atómica general, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, La Universidad de Harvard, NASA y NIST.

Esa misma mentalidad abierta al exterior informa el enfoque comercial de Danaher Cryo, sobre todo cuando se trata de asociaciones tecnológicas. El principal de ellos es la asociación de la empresa con Criogenia de investigación de Chase (CRC), un fabricante británico especializado en refrigeradores de sorción capaces de generar temperaturas sub-Kelvin (incluso hasta <0.1 K). "La asociación estratégica con CRC ha estado vigente durante 18 meses", dice Danaher, "con los refrigeradores Chase sirviendo como un componente central dentro de nuestros sistemas de criostatos sub-Kelvin totalmente integrados".

Otro socio de alto perfil es Criogenia Leiden, con Danaher Cryo gestionando las ventas de refrigeradores de dilución para el fabricante de equipos holandés en toda Norteamérica. "No sólo procesamos las órdenes de compra", dice Danaher. "Facilitamos la instalación, puesta en servicio y aceptación de los productos Leiden, así como soporte continuo de servicio y mantenimiento".

Más cerca de casa, existe una colaboración tecnológica continua con NIST y el Universidad de Colorado Boulder (CU Boulder), con Danaher Cryo posicionado como socio de comercialización exclusivo para el llamado enfriador criogénico de tubo de pulso con tecnología de enfriamiento adaptativo (ACT). Si bien los refrigeradores de tubo de pulso de la generación actual están diseñados específicamente para un funcionamiento en estado estable a temperatura base, el diseño ACT proporciona un ajuste dinámico del rendimiento de refrigeración, funcionalidad que es especialmente impactante durante la fase de enfriamiento de la operación.

Trabajando a través de un Acuerdo Cooperativo de Investigación y Desarrollo (CRADA), Danaher Cryo ahora tiene una opción exclusiva para licenciar la innovación tecnológica ACT (recientemente patentada por CU Boulder). "Los grandes sistemas criogénicos pueden tener tiempos de enfriamiento que van desde un par de días hasta más de un mes", dice Danaher. "El diseño del tubo de pulso ACT puede reducir esos tiempos en más del 50%, una propuesta convincente en términos de eficiencia del flujo de trabajo y productividad de I+D". 

Tecnologías geniales, ciencia fría.

Si bien el sistema criogénico ACT se está preparando para su lanzamiento comercial completo en la segunda mitad de 2025, Danaher Cryo ya ofrece una cartera completa de sistemas criostatos de enfriamiento continuo y de un solo disparo, una cartera de productos que se exhibirá en la Reunión de marzo de la Sociedad Estadounidense de Física (APS) en Minneapolis, MN, la próxima semana.

Los sistemas de enfriamiento continuo mantienen su temperatura base indefinidamente y comprenden el Pony (con una capacidad de enfriamiento por debajo de 825 mK), Bronco (<300 mK) y el Charger (completamente integrado con el mini refrigerador de dilución de CRC para enfriar por debajo de 100 mK). . Los sistemas de criostato de un solo disparo, por otro lado, proporcionan enfriamiento por tiempo limitado por hasta 30 horas y comprenden el Colt (temperatura base de 850 mK), Palomino (300 mK) y el 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="Juega a tus fortalezas La nueva etapa de muestra y suspensión de Kevlar de Danaher Cryo se puede incluir en cualquiera de los sistemas de criostato de un solo uso o de enfriamiento continuo de la compañía. (Cortesía: Danaher Cryo)” title=”Haga clic para abrir la imagen en la ventana emergente” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- abrir-ganancias-de-productividad-física-mundo-2.jpg”>

Significativamente, el equipo de Danaher Cryo realizó la primera instalación de su cliente a principios de este mes, con el criostato Pony instalado y aceptado en el Departamento de Energía de EE. UU. Argonne National Laboratory en las afueras de Chicago. "El Pony combina enfriamiento continuo sub-Kelvin con facilidad de acceso al área fría y muestra bajo prueba", explica Danaher.

Los científicos de Argonne utilizarán el criostato para probar y caracterizar detectores de partículas de nanocables superconductores para aplicaciones en física nuclear. "Debido al gran espacio experimental del Pony, el sistema se utilizará para probar obleas completas antes de cortarlas en cubitos", señala Danaher. "Posteriormente, las obleas se cortarán en cubitos y los chips seleccionados se desplegarán para experimentos con líneas de luz".

Danaher, por su parte, también desea resaltar las ventajas del sistema Charger: principalmente, refrigeración continua de 100 mK "sin las molestias" típicamente asociadas con los refrigeradores de dilución. "Estamos explotando el subsistema de dilución continua en miniatura (CMD) de CRC", explica. El CMD es un pequeño frigorífico autónomo que sólo requiere unos pocos litros de gas helio. No es necesario ningún manejo externo del gas, lo que, a su vez, elimina el servicio requerido para las bombas y reduce las posibilidades de costosas pérdidas de gas.

“Por extensión”, añade Danaher, “el criostato Charger requiere menos de 1 m² de espacio de laboratorio, sin contar el sistema de control compacto, mientras que normalmente la mayoría de los refrigeradores de dilución consumirían más del doble”.

Mientras tanto, internamente, la innovación continua de productos sigue siendo la prioridad para Danaher y su diseñador jefe de criostatos, Bryan Schiffner. Teniendo esto en cuenta, en la reunión de marzo de APS también se dará a conocer una nueva suspensión de Kevlar que se puede incluir en cualquiera de los criostatos de la compañía. En pocas palabras, la suspensión de Kevlar está integrada dentro del criostato para brindar a los científicos una plataforma para instalar su muestra o conjunto bajo prueba a temperatura fría sin correr el riesgo de dañar el enfriador de sorción CRC.

"La suspensión de Kevlar soporta una etapa de muestra que proporciona una gran proximidad al enfriador", concluye Danaher. "De esta manera, podemos garantizar que el criostato sea científicamente útil gracias a una plataforma de muestra robusta, duradera y espaciosa".

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