Innovation à très basse température : les systèmes de cryostat intégrés permettent des gains de productivité – 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="Truc cool Vue intérieure du cryostat Pony installé au Laboratoire National d'Argonne en février. Le Pony offre aux utilisateurs scientifiques un refroidissement continu sous Kelvin et un grand espace expérimental facile à ouvrir et à fermer. (Avec l'aimable autorisation de Danaher Cryo) " title = " Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle " href = " https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- gains-de-productivité-ouverts-physique-monde.jpg”>

Alors que certains aiment le chaud, d’autres préfèrent garder les choses au froid – ultra-froid pour être précis. Une étude de cas à cet égard est Danaher Cryogénie, le concepteur et fabricant américain de systèmes cryostat intégrés sub-Kelvin destinés à diverses applications dans la recherche scientifique et la R&D industrielle. Basée à Boulder, dans le Colorado, la start-up technologique créée il y a deux ans a placé la barre haute pour elle-même dans le régime des températures ultra-basses, comme en témoigne son énoncé de mission consistant à « poursuivre l'impossible avec des solutions élégantes et classiques pour un fonctionnement optimal. performances cryogéniques – du concept initial à la réalisation ».

Si telle est l’histoire, qu’en est-il des détails ? La collaboration et l'innovation cryogénique sont au centre du modèle commercial de Danaher Cryo, en partenariat avec les principaux fournisseurs de technologies et les utilisateurs finaux. « Ce dont je suis fier – et ce que nous recherchons ici – c'est d'être bien plus qu'un fournisseur d'équipements transactionnels », explique Charlie Danaher, président et fondateur de Danaher Cryo. En termes simples : l'objectif de Danaher et de ses collègues est le développement collaboratif de produits, « pour déterminer ce dont les clients ont besoin à un niveau granulaire, puis proposer la solution de froid optimale en termes de conception, de développement et de déploiement de cryostats ».

Collaborer, innover, accélérer

Au niveau global, la clientèle en constante évolution de Danaher Cryo se divise en trois groupes principaux : les groupes de recherche universitaires ; Les laboratoires nationaux des États-Unis, y compris ceux situés à proximité Laboratoires Boulder de l'Institut national des normes et de la technologie (NIST); ainsi que des entrepreneurs de l'aérospatiale et de la défense aux États-Unis et ailleurs.

« Nous avons acquis la réputation de travailler main dans la main avec nos clients pour répondre à leurs exigences inférieures à Kelvin dans le cadre d'une gamme de projets scientifiques et techniques », explique Danaher. Pensez à des cas d'utilisation de pointe comme les détecteurs à photon unique pour la radioastronomie ; Expériences sur les lignes de lumière aux rayons X et aux neutrons ; et études en microscopie à sonde à balayage des supraconducteurs à haute température.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher « Nous avons acquis la réputation de travailler main dans la main avec nos clients pour répondre à leurs exigences inférieures à Kelvin. » (Avec l'aimable autorisation de Danaher Cryo) » title = « Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle » href = »https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg »>

"Parmi nos marchés de croissance prioritaires figure la chaîne d'approvisionnement émergente des technologies quantiques", ajoute Danaher, "où les températures cryogéniques sont essentielles à la R&D sur les matériaux et au développement de dispositifs dans les applications de détection quantique, de réseaux quantiques et d'informatique quantique".

Danaher, pour sa part, n’est pas étranger à l’innovation collaborative. Avant de lancer Danaher Cryo en avril 2022, il a passé 25 ans dans des postes de direction en matière de développement de produits et d'ingénierie chez Cryogenic Technical Services (CTS) et High Precision Devices (HPD), travaillant en étroite collaboration avec un éventail de clients de premier plan comme Boeing, Atomique Générale, Laboratoire national Lawrence Livermore, Université de Harvard, NASA et NIST.

Ce même état d'esprit tourné vers l'extérieur éclaire l'approche commerciale de Danaher Cryo, notamment en ce qui concerne les partenariats technologiques. Le principal d'entre eux est le rapprochement de l'entreprise avec Chase Research Cryogénie (CRC), fabricant britannique spécialisé dans les refroidisseurs à sorption capables de générer des températures inférieures au Kelvin (même jusqu'à <0.1 K). "Le partenariat stratégique avec le CRC est en place depuis 18 mois", explique Danaher, "les refroidisseurs Chase servant de pierre angulaire au sein de nos systèmes cryostat sous Kelvin entièrement intégrés."

Un autre partenaire de premier plan est Cryogénie de Leyde, avec Danaher Cryo gérant les ventes de réfrigérateurs à dilution pour le fabricant d'équipement néerlandais à travers l'Amérique du Nord. « Nous ne nous contentons pas de traiter les bons de commande », explique Danaher. «Nous facilitons l'installation, la mise en service et l'acceptation des produits Leiden, ainsi que le service continu et l'assistance à la maintenance.»

Plus près de chez nous, il existe une collaboration technologique en cours avec le NIST et le Université du Colorado à Boulder (CU Boulder), avec Danaher Cryo positionné comme partenaire de commercialisation exclusif pour le cryo-refroidisseur à tube pulsé dit Adaptive Cooling Technology (ACT). Alors que les réfrigérateurs à tubes pulsés de la génération actuelle sont spécialement conçus pour un fonctionnement à température de base en régime permanent, la conception ACT permet un réglage dynamique des performances de refroidissement – ​​une fonctionnalité qui a un impact particulièrement important pendant la phase de refroidissement du fonctionnement.

Travaillant via un accord coopératif de recherche et de développement (CRADA), Danaher Cryo dispose désormais d'une option exclusive pour obtenir une licence sur l'innovation technologique ACT (récemment brevetée par CU Boulder). « Les grands systèmes cryogéniques peuvent avoir des temps de refroidissement allant de quelques jours à plus d'un mois », explique Danaher. « La conception du tube d'impulsion ACT peut réduire ces délais de plus de 50 % – une proposition convaincante en termes d'efficacité du flux de travail et de productivité en R&D. 

Technologies cool, science du froid

Alors que le système cryogénique ACT est en préparation pour une commercialisation complète au second semestre 2025, Danaher Cryo propose déjà une gamme complète de systèmes de refroidissement continu et de cryostat à injection unique – une gamme de produits qui sera présentée au salon Réunion de mars de l'American Physical Society (APS) à Minneapolis, MN, la semaine prochaine.

Les systèmes de refroidissement continu maintiennent leur température de base indéfiniment et comprennent le Pony (avec une capacité de refroidissement jusqu'à moins de 825 mK), le Bronco (<300 mK) et le Charger (entièrement intégré au mini-réfrigérateur à dilution du CRC pour un refroidissement jusqu'à moins de 100 mK). . Les systèmes de cryostat à usage unique, quant à eux, assurent un refroidissement limité dans le temps jusqu'à 30 heures et comprennent le Colt (température de base de 850 mK), le Palomino (300 mK) et le 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="Jouez sur vos forces La nouvelle suspension en Kevlar et la platine d'échantillonnage de Danaher Cryo peuvent être incluses dans n'importe quel système de cryostat à refroidissement continu ou à un coup de l'entreprise. (Avec l'aimable autorisation de Danaher Cryo) » title = « Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle » href = « https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- gains-de-productivité-ouverts-physique-monde-2.jpg”>

Il est important de noter que l'équipe Danaher Cryo a réalisé sa première installation client au début du mois, avec le cryostat Pony installé et accepté au département américain de l'Énergie. Argonne National Laboratory à la périphérie de Chicago. «Le Pony combine un refroidissement continu sous Kelvin avec un accès facile à la zone froide et à l'échantillon à tester», explique Danaher.

Les scientifiques d'Argonne utiliseront le cryostat pour tester et caractériser des détecteurs de particules supraconductrices à nanofils destinés à des applications en physique nucléaire. "En raison du grand espace expérimental du Pony, le système sera utilisé pour tester des tranches entières avant le découpage", note Danaher. "Par la suite, les tranches seront découpées et les puces sélectionnées déployées pour les expériences sur la ligne de lumière."

Danaher, pour sa part, tient également à souligner les avantages du système Charger, notamment un refroidissement continu à 100 mK « sans les tracas » généralement associés aux réfrigérateurs à dilution. « Nous exploitons le sous-système de dilution miniature continue (CMD) du CRC », explique-t-il. Le CMD est un petit réfrigérateur autonome qui ne nécessite que quelques litres d’hélium. Il n'est pas nécessaire de recourir à une manipulation externe du gaz, ce qui, à son tour, élimine l'entretien requis pour les pompes et réduit les risques de pertes de gaz coûteuses.

« Par extension », ajoute Danaher, « le cryostat Charger nécessite moins de 1 m² d’espace de laboratoire – sans compter le système de contrôle compact – alors que la plupart des réfrigérateurs à dilution consomment généralement plus du double.

En interne, l'innovation continue des produits reste la priorité de Danaher et de son concepteur en chef des cryostats, Bryan Schiffner. Dans cette optique, une nouvelle suspension en Kevlar pouvant être incluse dans n'importe quel cryostat de l'entreprise sera également dévoilée lors du congrès de mars de l'APS. En termes simples, la suspension de Kevlar est intégrée au cryostat pour offrir aux scientifiques une plate-forme permettant d'installer leur échantillon ou leur assemblage à tester à basse température sans risquer d'endommager le refroidisseur à sorption du CRC.

"La suspension en Kevlar supporte une platine d'échantillonnage qui offre une proximité étroite avec le refroidisseur", conclut Danaher. "De cette façon, nous pouvons garantir que le cryostat est scientifiquement utile grâce à une platine d'échantillonnage robuste, durable et spacieuse."

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• La source: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/