Ultraalacsony hőmérsékletű innováció: az integrált kriosztátrendszerek növelik a termelékenységet – 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="Menő cucc Az Argonne Nemzeti Laboratóriumban februárban telepített Pony kriosztát belső képe. A Pony a tudományos felhasználók számára folyamatos Kelvin alatti hűtést és nagy kísérleti teret biztosít, amely kényelmesen nyitható és zárható. (Jó: Danaher Cryo) ” title=”Kattintson a kép megnyitásához a felugró ablakban” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>

Míg egyesek szeretik a meleget, mások szeretik hidegen tartani a dolgokat – egészen pontosan ultrahideg. Egy esettanulmány ezzel kapcsolatban az Danaher Cryogenics, az egyesült államokbeli székhelyű, integrált Kelvin alatti kriosztátrendszerek tervezője és gyártója a tudományos kutatás és az ipari K+F különböző alkalmazásaihoz. A Colorado állambeli Boulderből származó, két éve működő technológiai start-up magas lécet tett fel magának az ultraalacsony hőmérsékletű rendszerben, amit az a küldetésnyilatkozat is bizonyít, hogy „a szinte lehetetlent követni elegáns, klasszikus megoldásokkal az optimális megoldás érdekében. kriogén teljesítmény – a kezdeti koncepciótól a megvalósításig”.

Ha ez a háttértörténet, mi a helyzet a konkrétumokkal? A Danaher Cryo üzleti modell elülső pontja az együttműködés és a kriogén innováció – partnerség a kulcsfontosságú technológiai beszállítókkal és végfelhasználókkal egyaránt. „Amire büszke vagyok – és amire itt törekszünk – az az, hogy sokkal több vagyok, mint egy tranzakciós berendezés-szállító” – magyarázza Charlie Danaher, a Danaher Cryo elnöke és alapítója. Leegyszerűsítve: Danaher és kollégái célja az együttműködésen alapuló termékfejlesztés, „hogy kitalálják, mire van szükségük az ügyfeleknek szemcsés szinten, majd kidolgozzák az optimális hidegmegoldást a kriosztát tervezése, fejlesztése és telepítése tekintetében”.

Együttműködés, innováció, felgyorsítás

A főcímek szintjén a Danaher Cryo fejlődő ügyfélbázisa három fő választókörre oszlik: egyetemi kutatócsoportok; Amerikai Nemzeti Laboratóriumok, köztük a közeli National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder Laboratories; valamint repülőgép- és védelmi vállalkozók az Egyesült Államokban és távolabb.

„Hírnevet szereztünk arról, hogy az ügyfelekkel kéz a kézben dolgozunk, hogy megfeleljünk Kelvin alatti követelményeiknek számos tudományos és mérnöki projekt során” – magyarázza Danaher. Gondoljon a legmodernebb használati esetekre, mint például az egyfoton detektorokra a rádiócsillagászatban; Röntgen- és neutronnyaláb-kísérletek; és magas hőmérsékletű szupravezetők pásztázó szondás mikroszkópos vizsgálatai.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher „Hírnevünket alapoztuk meg azzal, hogy kéz a kézben dolgozunk az ügyfelekkel, hogy megfeleljünk Kelvin alatti követelményeiknek.” (Jó: Danaher Cryo)” title=”Kattintson a kép megnyitásához felugró ablakban” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

„Kiemelt növekedési piacaink közé tartozik a feltörekvő kvantumtechnológiai ellátási lánc” – teszi hozzá Danaher –, ahol a kriogén hőmérséklet elengedhetetlen a kvantumérzékelési, kvantumhálózati és kvantumszámítási alkalmazások anyag-kutatásához és fejlesztéséhez, valamint eszközfejlesztéshez.

Danaher számára nem idegen az együttműködésen alapuló innováció. A Danaher Cryo 2022 áprilisi piacra dobása előtt 25 évet töltött vezető termékfejlesztési és mérnöki pozíciókban a Cryogenic Technical Services (CTS) és a High Precision Devices (HPD) részlegnél – miközben szorosan együttműködött egy sor csúcskategóriás ügyféllel, mint pl. Boeing, Általános atomok, Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium, Harvard Egyetem, NASA és NIST.

Ugyanez a kifelé néző gondolkodásmód határozza meg a Danaher Cryo kereskedelmi megközelítését, nem utolsósorban a technológiai partnerségek terén. Ezek közül a legfontosabb a cég kapcsolata Chase Research Cryogenics (CRC), az Egyesült Királyságban a szorpciós hűtők speciális gyártója, amely képes Kelvin alatti hőmérsékletet generálni (akár 0.1 K alatt is). „A CRC-vel 18 hónapja fennálló stratégiai partnerség – mondja Danaher –, a Chase hűtők alapvető építőelemként szolgálnak a teljesen integrált Kelvin alatti kriosztátrendszereinken belül.

Egy másik nagy horderejű partner az Leiden Cryogenics, Danaher Cryo irányítja a hígítóhűtő-eladásokat a holland berendezésgyártó számára Észak-Amerikában. „Nem csak a beszerzési megrendeléseket dolgozzuk fel” – mondja Danaher. „Megkönnyítjük a Leiden termékek telepítését, üzembe helyezését és átvételét, valamint a folyamatos szerviz- és karbantartási támogatást.”

Az otthonunkhoz közelebbi technológiai együttműködés folyik a NIST-tel és a University of Colorado Boulder (CU Boulder), a Danaher Cryo kizárólagos kereskedelmi partnere az úgynevezett adaptív hűtési technológia (ACT) impulzuscsöves kriohűtőjének. Míg a jelenlegi generációs impulzuscsöves hűtőszekrényeket kifejezetten állandó állapotú, alaphőmérsékletű működésre tervezték, az ACT kialakítás dinamikus hűtési teljesítményt biztosít – ez a funkció különösen hatásos a működés hűtési fázisában.

A kooperatív kutatási és fejlesztési megállapodáson (CRADA) keresztül dolgozó Danaher Cryo kizárólagos opcióval rendelkezik az ACT technológiai innováció (a közelmúltban a CU Boulder által szabadalmaztatott) licencelésére. „A nagy kriogén rendszerek hűtési ideje néhány naptól több mint egy hónapig terjedhet” – mondja Danaher. „Az ACT impulzuscsöves kialakítás több mint 50%-kal csökkentheti ezeket az időket – ez lenyűgöző javaslat a munkafolyamat hatékonysága és a K+F termelékenység szempontjából.” 

Menő technológiák, hideg tudomány

Míg az ACT kriogén rendszer 2025 második felében készül a teljes kereskedelmi forgalomba hozatalra, a Danaher Cryo máris átfogó portfóliót kínál folyamatos hűtésű és egynyomásos kriosztátrendszerekből – ezt a termékportfóliót a kiállításon mutatják be. Az Amerikai Fizikai Társaság (APS) márciusi ülése a jövő héten Minneapolisban, MN-ben.

A folyamatos hűtőrendszerek korlátlan ideig fenntartják alaphőmérsékletüket, és tartalmazzák a Pony-t (825 mK alatti hűtési képességgel), a Bronco-t (<300 mK) és a Chargert (teljesen integrálva a CRC mini hígítóhűtőjével a 100 mK alá hűtéshez) . Az egyszeri kriosztátrendszerek viszont időkorlátozott hűtést biztosítanak akár 30 órán keresztül, és a Colt (850 mK alaphőmérséklet), a Palomino (300 mK) és a Mustang (200 mK) rendszerből állnak.

<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="Játssz az erősségeidre A Danaher Cryo új kevlár szuszpenziója és mintafokozata beépíthető a cég bármelyik folyamatos hűtésű vagy egylövéses kriosztátrendszerébe. (Jó: Danaher Cryo)” title=”Kattintson a kép megnyitásához a felugró ablakban” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

Lényeges, hogy a Danaher Cryo csapata a hónap elején elvégezte az első ügyféltelepítést, a Pony kriosztáttal, amelyet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma elfogad. Diffraktáltuk Chicago külvárosában. „A Pony a folyamatos Kelvin alatti hűtést ötvözi a hideg területhez való könnyű hozzáféréssel és a tesztelés alatt álló mintavétellel” – magyarázza Danaher.

Az Argonne tudósai a kriosztát segítségével tesztelik és jellemzik a szupravezető nanovezetékes részecskedetektorokat magfizikai alkalmazásokhoz. „A Pony nagy kísérleti tere miatt a rendszert a teljes ostyák kockázás előtti tesztelésére fogják használni” – jegyzi meg Danaher. "Ezt követően az ostyákat felkockázzák, és a kiválasztott chipeket beamline-kísérletekhez alkalmazzák."

Danaher a maga részéről a Charger rendszer előnyeit is szeretné kiemelni – főként a folyamatos, 100 mK-os hűtést „probléma nélkül”, ami jellemzően a hígítóhűtőkkel kapcsolatos. „A CRC Continuous Miniature Dilutor (CMD) alrendszerét aknázzuk ki” – magyarázza. A CMD egy kicsi, önálló hűtőszekrény, amely mindössze néhány liter héliumgázt igényel. Nincs szükség külső gázkezelésre, ami viszont kiküszöböli a szivattyúk szervizelését és csökkenti a drága gázveszteség esélyét.

„A Charger kriosztáthoz kevesebb, mint 1 méter kell” – teszi hozzá Danaher² laborterületet – a kompakt vezérlőrendszert nem számítva –, míg a legtöbb hígítós hűtőszekrény ennek kétszeresét fogyasztaná.

Eközben Danaher és vezető kriosztáttervezője, Bryan Schiffner számára továbbra is a házon belüli folyamatos termékinnováció a prioritás. Ezt szem előtt tartva az APS márciusi találkozóján egy új Kevlar felfüggesztést is bemutatnak, amely a cég bármelyik kriosztátjába beépíthető. Leegyszerűsítve, a kevlár felfüggesztés a kriosztátba van beépítve, hogy a tudósok platformot biztosítsanak a minta vagy a tesztelés alatt álló szerelvény telepítéséhez hideg hőmérsékleten anélkül, hogy kockáztatnák a CRC szorpciós hűtő károsodását.

„A kevlár felfüggesztés egy olyan mintafokozatot támogat, amely közvetlen közelséget biztosít a hűtőhöz” – összegzi Danaher. "Ily módon biztosíthatjuk, hogy a kriosztát tudományosan hasznos legyen a robusztus, tartós és tágas mintaasztalnak köszönhetően."

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/