Ultramatalien lämpötilojen innovaatio: integroidut kryostaattijärjestelmät lisäävät tuottavuutta – 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="Hienoja juttuja Sisäkuva Argonnen kansalliseen laboratorioon helmikuussa asennetusta Pony-kryostaatista. Pony tarjoaa tieteellisille käyttäjille jatkuvan Kelvin-tason jäähdytyksen ja suuren koetilan, joka on kätevä avata ja sulkea. (Kohteet: Danaher Cryo) ” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>

Toiset pitävät kuumasta, kun taas toiset pitävät asiat kylmänä – ultrakylmänä tarkemmin. Tapaustutkimus tähän liittyen on Danaher Cryogenics, yhdysvaltalainen suunnittelija ja valmistaja integroitujen Kelvin-tason kryostaattijärjestelmien erilaisiin sovelluksiin tieteellisessä tutkimuksessa sekä teollisessa tutkimuksessa ja kehityksessä. Coloradon Boulderissa sijaitseva kaksi vuotta vanha teknologia-aloitusyritys on asettanut itselleen korkean riman ultramatalien lämpötilojen järjestelmissä, mistä on osoituksena toiminta-ajatus "tavoitella lähes mahdotonta tyylikkäillä, klassisilla ratkaisuilla optimaalisen tason saavuttamiseksi. kryogeeninen suorituskyky – alusta ideasta toteutukseen”.

Jos tämä on taustatarina, entä yksityiskohdat? Danaher Cryo -liiketoimintamallin eturintamassa ovat yhteistyö ja kryogeeninen innovaatio – kumppanuus tärkeimpien teknologiatoimittajien ja loppukäyttäjien kanssa. "Olen ylpeä – ja mihin pyrimme täällä – on olla paljon enemmän kuin kaupallinen laitetoimittaja", selittää Charlie Danaher, Danaher Cryon presidentti ja perustaja. Yksinkertaisesti sanottuna: Danaherin ja hänen kollegoidensa tavoitteena on yhteistyön tuotekehitys, "selvittää, mitä asiakkaat tarvitsevat rakeisella tasolla, ja sitten keksiä optimaalinen kylmäratkaisu kryostaatin suunnittelun, kehityksen ja käyttöönoton kannalta".

Tee yhteistyötä, innovoi, nopeuta

Otsikoiden tasolla Danaher Cryon kehittyvä asiakaskunta jakautuu kolmeen ydinalueeseen: yliopistoihin perustuvat tutkimusryhmät; Yhdysvaltain kansalliset laboratoriot, mukaan lukien lähistöllä National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder Laboratories; sekä ilmailu- ja puolustusalan urakoitsijat Yhdysvalloissa ja muualla.

"Olemme luoneet maineen työskennellessämme käsi kädessä asiakkaiden kanssa täyttääksemme heidän Kelvinin alapuolella olevat vaatimukset useissa tieteellisissä ja suunnitteluprojekteissa", Danaher selittää. Ajattele huippuluokan käyttötapauksia, kuten radioastronomian yhden fotonin ilmaisimia; Röntgen- ja neutronisäteen linjakokeet; ja pyyhkäisykoetinmikroskooppitutkimukset korkean lämpötilan suprajohteista.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Olemme luoneet maineen työskennellessämme käsi kädessä asiakkaiden kanssa täyttääksemme heidän Kelvinin alapuolella olevat vaatimukset." (Luoko: Danaher Cryo)” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Ensisijaisia ​​kasvumarkkinoitamme ovat nouseva kvanttiteknologian toimitusketju", lisää Danaher, "jossa kryogeeniset lämpötilat ovat välttämättömiä materiaalien T&K:lle ja laitekehitykselle kvanttitunnistuksessa, kvanttiverkotuksessa ja kvanttilaskentasovelluksissa."

Danaherille ei puolestaan ​​ole vieras yhteistyöhön perustuva innovaatio. Ennen kuin Danaher Cryo lanseerasi huhtikuussa 2022, hän työskenteli 25 vuotta vanhemmissa tuotekehitys- ja insinööritehtävissä Cryogenic Technical Services (CTS) ja High Precision Devices (HPD) -yksiköissä – samalla työskennellyt läheisessä yhteistyössä useiden huippuasiakkaiden kanssa, kuten Boeing, Yleinen atomiikka, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvardin yliopisto, NASA ja NIST.

Tämä sama ulospäin suuntautuva ajattelutapa ohjaa Danaher Cryon kaupallista lähestymistapaa, ei vähiten teknologiakumppanuuksien osalta. Tärkein niistä on yhtiön sidos Chase Research Cryogenics (CRC), Yhdistyneen kuningaskunnan erikoistunut sorptiojäähdyttimien valmistaja, joka pystyy tuottamaan Kelvinin alapuolella olevia lämpötiloja (jopa alle 0.1 K). "Strateginen kumppanuus CRC:n kanssa on ollut olemassa 18 kuukauden ajan", Danaher sanoo, "kun Chase-jäähdyttimet toimivat ydinrakennuspalikkana täysin integroiduissa Kelvinin alapuolella olevissa kryostaattijärjestelmissämme."

Toinen korkean profiilin kumppani on Leidenin kryogeniikka, jossa Danaher Cryo hallinnoi laimennusjääkaappien myyntiä hollantilaiselle laitevalmistajalle Pohjois-Amerikassa. "Emme vain käsittele ostotilauksia", Danaher sanoo. "Helpotamme Leiden-tuotteiden asennusta, käyttöönottoa ja hyväksymistä sekä jatkuvaa huolto- ja kunnossapitotukea."

Lähempänä kotia on meneillään teknologiayhteistyö NIST:n ja sen kanssa University of Colorado Boulder (CU Boulder), jossa Danaher Cryo on asetettu yksinoikeudella kaupallistamiskumppaniksi niin sanotulle Adaptive Cooling Technology (ACT) pulssiputkikryojäähdyttimelle. Vaikka nykyisen sukupolven pulssiputkijääkaapit on suunniteltu erityisesti vakaan tilan peruslämpötilakäyttöön, ACT-rakenne tarjoaa dynaamisen jäähdytystehon virityksen – toiminnallisuuden, joka on erityisen vaikuttava toiminnan jäähdytysvaiheessa.

Yhteistyön tutkimus- ja kehityssopimuksen (CRADA) kautta toimivalla Danaher Cryolla on nyt yksinoikeus lisensoida ACT-teknologiainnovaatio (CU Boulder on äskettäin patentoinut). "Suurten kryogeenisten järjestelmien jäähtymisajat voivat vaihdella muutamasta päivästä yli kuukauteen", Danaher sanoo. "ACT-pulssiputkisuunnittelu voi lyhentää näitä aikoja yli 50 % – tämä on vakuuttava ehdotus työnkulun tehokkuuden ja T&K-tuottavuuden kannalta." 

Hienoa teknologiaa, kylmää tiedettä

Samalla kun ACT-kryogeeninen järjestelmä valmistetaan täydelliseen kaupalliseen julkaisuun vuoden 2025 toisella puoliskolla, Danaher Cryo tarjoaa jo kattavan valikoiman jatkuvatoimisia jäähdytysjärjestelmiä ja kertakäyttöisiä kryostaattijärjestelmiä – tuotevalikoimaa, joka esitellään American Physical Societyn (APS) maaliskuun kokous Minneapolisissa, MN:ssä ensi viikolla.

Jatkuvajäähdytysjärjestelmät säilyttävät peruslämpötilansa rajoituksetta ja sisältävät Ponyn (jäähdytyskyky alle 825 mK), Broncon (<300 mK) ja Chargerin (täysin integroitu CRC:n minilaimennusjääkaappiin, joka jäähdyttää alle 100 mK:n lämpötilaan). . Kertakäyttöiset kryostaattijärjestelmät puolestaan ​​tarjoavat aikarajoitetun jäähdytyksen jopa 30 tunniksi ja sisältävät Colt (850 mK peruslämpötila), Palomino (300 mK) ja 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="Pelaa vahvuutesi mukaan Danaher Cryon uusi Kevlar-suspensio ja näytevaihe voidaan sisällyttää mihin tahansa yrityksen jatkuvaan jäähdytykseen tai kertakäyttöiseen kryostaattijärjestelmään. (Kohteet: Danaher Cryo)” title=”Avaa kuva ponnahdusikkunassa napsauttamalla” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

Merkittävää on, että Danaher Cryo -tiimi teki ensimmäisen asiakasasennuksensa aiemmin tässä kuussa, kun Pony-kryostaatti asennettiin ja hyväksyttiin Yhdysvaltain energiaministeriössä. Argonnen kansallinen laboratorio Chicagon laitamilla. "Ponyssa yhdistyy jatkuva Kelvinin alapuolella oleva jäähdytys, helppo pääsy kylmälle alueelle ja testattava näyte", Danaher selittää.

Argonnen tutkijat käyttävät kryostaattia testatakseen ja karakterisoidakseen suprajohtavia nanolankahiukkasilmaisimia ydinfysiikan sovelluksiin. "Ponyn suuren koetilan ansiosta järjestelmää käytetään täysien kiekkojen testaamiseen ennen kuutioimista", Danaher toteaa. "Myöhemmin kiekot leikataan kuutioiksi ja valitut sirut otetaan käyttöön beamline-kokeita varten."

Danaher puolestaan ​​haluaa myös korostaa Charger-järjestelmän hyviä puolia – pääasiassa jatkuvaa 100 mK:n jäähdytystä "ilman vaivaa", joka tyypillisesti liittyy laimennusjääkaappiin. "Hyödynnämme CRC:n Continuous Miniature Dilutor (CMD) -alijärjestelmää", hän selittää. CMD on pieni, itsenäinen jääkaappi, joka vaatii vain muutaman litran heliumkaasua. Ulkopuolista kaasunkäsittelyä ei tarvita, mikä puolestaan ​​eliminoi pumppujen vaatiman huollon ja pienentää kalliin kaasuhäviön mahdollisuuksia.

"Laajennuksena", lisää Danaher, "Charger-kryostaatti vaatii alle 1 metrin² laboratoriotilaa – kompaktia ohjausjärjestelmää lukuun ottamatta – kun taas tyypillisesti useimmat laimennusjääkaapit kuluttaisivat yli kaksi kertaa enemmän.

Sen sijaan yrityksen sisäinen jatkuva tuoteinnovointi on edelleen Danaherin ja hänen pääkryostaattisuunnittelijansa Bryan Schiffnerin prioriteetti. Tätä silmällä pitäen uusi Kevlar-jousitus, joka voidaan sisällyttää mihin tahansa yhtiön kryostaatteihin, julkistetaan myös APS:n maaliskuun kokouksessa. Yksinkertaisesti sanottuna Kevlar-suspensio on integroitu kryostaattiin, jotta tutkijat voivat asentaa näytteen tai testattavan kokoonpanon kylmään lämpötilaan vaarantamatta CRC-sorptiojäähdyttimen vahingoittumista.

"Kevlar-jousitus tukee näytevaihetta, joka tarjoaa lähelle jäähdyttimen", Danaher päättää. "Tällä tavalla voimme varmistaa, että kryostaatti on tieteellisesti hyödyllinen vankan, kestävän ja tilavan näytetilan ansiosta."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/