Inovasi suhu sangat rendah: sistem cryostat terintegrasi membuka peningkatan produktivitas – Dunia Fisika

Inovasi suhu sangat rendah: sistem cryostat terintegrasi membuka peningkatan produktivitas – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 28 Februari 2024 8:49

Spesialis instrumentasi AS Kriogenik Danaher sedang menulis ulang aturan fisika, teknologi, dan teknik suhu sangat rendah

<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="Barang keren Tampilan interior cryostat Pony yang dipasang di Laboratorium Nasional Argonne pada bulan Februari. Pony memberi pengguna ilmiah pendinginan sub-Kelvin yang berkelanjutan dan ruang eksperimental besar yang nyaman untuk dibuka dan ditutup. (Sumber: Danaher Cryo) ” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>Cryostat kuda poni dipasang di Laboratorium Nasional Argonne
Barang keren Tampilan interior cryostat Pony yang dipasang di Laboratorium Nasional Argonne pada bulan Februari. Pony memberi pengguna ilmiah pendinginan sub-Kelvin yang berkelanjutan dan ruang eksperimental besar yang nyaman untuk dibuka dan ditutup. (Sumber: Danaher Cryo)

Meskipun sebagian orang menyukainya panas, sebagian lainnya menyukai suhu yang dingin – tepatnya sangat dingin. Sebuah studi kasus dalam hal ini adalah Kriogenik Danaher, perancang dan produsen sistem cryostat sub-Kelvin terintegrasi yang berbasis di AS untuk beragam aplikasi dalam penelitian ilmiah dan penelitian dan pengembangan industri. Berbasis di Boulder, Colorado, perusahaan rintisan teknologi berusia dua tahun ini telah menetapkan standar tinggi dalam rezim suhu sangat rendah, dibuktikan dengan pernyataan misi untuk “mengejar hal-hal yang hampir mustahil dengan solusi klasik dan elegan untuk hasil yang optimal. kinerja kriogenik – dari konsep awal hingga membuahkan hasil”.

Jika itu latar belakangnya, bagaimana secara spesifik? Yang terdepan dalam model bisnis Danaher Cryo adalah kolaborasi dan inovasi kriogenik – bermitra dengan pemasok teknologi utama dan pengguna akhir. “Hal yang saya banggakan – dan apa yang kami perjuangkan di sini – adalah menjadi lebih dari sekadar vendor peralatan transaksional,” jelas Charlie Danaher, presiden dan pendiri Danaher Cryo. Sederhananya: tujuan Danaher dan rekan-rekannya adalah pengembangan produk kolaboratif, “untuk mengetahui apa yang dibutuhkan pelanggan pada tingkat yang terperinci dan kemudian menghasilkan solusi dingin yang optimal dalam hal desain, pengembangan, dan penerapan cryostat”.

Berkolaborasi, berinovasi, mempercepat

Pada tingkat berita utama, basis pelanggan Danaher Cryo yang terus berkembang terbagi menjadi tiga konstituen inti: kelompok penelitian berbasis universitas; Laboratorium Nasional AS, termasuk yang terdekat Laboratorium Boulder Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST).; serta kontraktor kedirgantaraan dan pertahanan di AS dan wilayah lainnya.

“Kami telah membangun reputasi dalam bekerja sama dengan pelanggan untuk memenuhi persyaratan sub-Kelvin mereka di berbagai proyek ilmiah dan teknik,” jelas Danaher. Pikirkan kasus penggunaan mutakhir seperti detektor foton tunggal untuk astronomi radio; Eksperimen sinar-X dan garis pancaran neutron; dan studi mikroskop pemindaian-probe superkonduktor suhu tinggi.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher “Kami telah membangun reputasi dalam bekerja sama dengan pelanggan untuk memenuhi persyaratan sub-Kelvin mereka.” (Sumber: Danaher Cryo)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>Charlie Danaher
Charlie Danaher “Kami telah membangun reputasi dalam bekerja sama dengan pelanggan untuk memenuhi persyaratan sub-Kelvin mereka.” (Sumber: Danaher Cryo)

“Salah satu pasar pertumbuhan prioritas kami adalah munculnya rantai pasokan teknologi kuantum,” tambah Danaher, “di mana suhu kriogenik sangat penting untuk penelitian dan pengembangan material dan pengembangan perangkat dalam penginderaan kuantum, jaringan kuantum, dan aplikasi komputasi kuantum.”

Danaher sendiri tidak asing dengan inovasi kolaboratif. Sebelum meluncurkan Danaher Cryo pada bulan April 2022, ia menghabiskan 25 tahun dalam pengembangan produk senior dan peran teknis di Cryogenic Technical Services (CTS) dan High Precision Devices (HPD) – sambil bekerja sama dengan berbagai pelanggan papan atas seperti Boeing, Atom Umum, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, Harvard University, NASA dan NIST.

Pola pikir yang berorientasi ke luar juga mempengaruhi pendekatan komersial di Danaher Cryo, terutama dalam hal kemitraan teknologi. Yang paling utama adalah ikatan dengan perusahaan Kriogenik Penelitian Chase (CRC), produsen pendingin serapan spesialis di Inggris yang mampu menghasilkan suhu di bawah Kelvin (bahkan hingga <0.1 K). “Kemitraan strategis dengan CRC telah terjalin selama 18 bulan,” kata Danaher, “dengan pendingin Chase yang berfungsi sebagai blok bangunan inti dalam sistem cryostat sub-Kelvin kami yang terintegrasi penuh.”

Mitra penting lainnya adalah Kriogenik Leiden, dengan Danaher Cryo mengelola penjualan lemari es pengenceran untuk pembuat peralatan Belanda di seluruh Amerika Utara. “Kami tidak hanya memproses pesanan pembelian,” kata Danaher. “Kami memfasilitasi instalasi, commissioning dan penerimaan produk Leiden, serta layanan berkelanjutan dan dukungan pemeliharaan.”

Di dekat rumah, ada kolaborasi teknologi yang sedang berlangsung dengan NIST dan University of Colorado Boulder (CU Boulder), dengan Danaher Cryo diposisikan sebagai mitra komersialisasi eksklusif untuk cryocooler tabung-pulsa yang disebut Adaptive Cooling Technology (ACT). Meskipun lemari es tabung pulsa generasi saat ini dirancang khusus untuk pengoperasian suhu dasar dalam kondisi stabil, desain ACT memberikan penyesuaian kinerja pendinginan yang dinamis – fungsionalitas yang sangat berdampak selama fase pendinginan pengoperasian.

Bekerja melalui Perjanjian Penelitian dan Pengembangan Koperasi (CRADA), Danaher Cryo kini memiliki opsi eksklusif untuk melisensikan inovasi teknologi ACT (baru-baru ini dipatenkan oleh CU Boulder). “Sistem kriogenik berukuran besar dapat memiliki waktu cooldown yang berkisar dari beberapa hari hingga lebih dari satu bulan,” kata Danaher. “Desain tabung pulsa ACT dapat memangkas waktu tersebut hingga lebih dari 50% – sebuah proposisi yang menarik dalam hal efisiensi alur kerja dan produktivitas penelitian dan pengembangan.” 

Teknologi keren, sains dingin

Sementara sistem kriogenik ACT bersiap untuk dirilis secara komersial secara penuh pada paruh kedua tahun 2025, Danaher Cryo telah menawarkan portofolio komprehensif sistem pendinginan berkelanjutan dan sistem cryostat sekali pakai – sebuah portofolio produk yang akan dipamerkan di pameran tersebut. Pertemuan Maret American Physical Society (APS). di Minneapolis, MN, minggu depan.

Sistem pendingin kontinyu mempertahankan suhu dasarnya tanpa batas waktu dan terdiri dari Pony (dengan kemampuan pendinginan hingga di bawah 825 mK), Bronco (<300 mK) dan Charger (terintegrasi penuh dengan kulkas pengenceran mini CRC untuk pendinginan hingga di bawah 100 mK) . Sebaliknya, sistem cryostat sekali pakai memberikan pendinginan berbatas waktu hingga 30 jam dan terdiri dari Colt (suhu dasar 850 mK), Palomino (300 mK) dan 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="Mainkan dengan kekuatan Anda Suspensi Kevlar dan tahap sampel baru Danaher Cryo dapat disertakan dalam sistem cryostat pendinginan kontinu atau one-shot mana pun. (Sumber: Danaher Cryo)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- keterbukaan-produktivitas-keuntungan-fisika-dunia-2.jpg”>Suspensi Kevlar Danaher Cryo dan tahap sampel
Mainkan dengan kekuatan Anda Suspensi Kevlar dan tahap sampel baru Danaher Cryo dapat disertakan dalam sistem cryostat pendinginan kontinu atau one-shot mana pun. (Sumber: Danaher Cryo)

Secara signifikan, tim Danaher Cryo melakukan instalasi pelanggan pertamanya pada awal bulan ini, dengan cryostat Pony dipasang dan diterima di pabrik Departemen Energi AS. Argonne National Laboratory di pinggiran Chicago. “Pony menggabungkan pendinginan sub-Kelvin yang berkelanjutan dengan kemudahan akses ke area dingin dan pengujian sampel,” jelas Danaher.

Ilmuwan Argonne akan menggunakan cryostat untuk menguji dan mengkarakterisasi detektor partikel kawat nano superkonduktor untuk aplikasi dalam fisika nuklir. “Karena ruang eksperimen Pony yang besar, sistem ini akan digunakan dalam pengujian wafer penuh sebelum dipotong dadu,” catat Danaher. “Selanjutnya, wafer akan dipotong dadu dan chip yang dipilih akan digunakan untuk eksperimen beamline.”

Danaher, pada bagiannya, juga ingin menyoroti keuntungan dari sistem Pengisi Daya – terutama, pendinginan 100 mK secara terus-menerus “tanpa kerumitan” yang biasanya dikaitkan dengan lemari es pengenceran. “Kami mengeksploitasi subsistem Continuous Miniature Dilutor (CMD) CRC,” jelasnya. CMD adalah lemari es kecil mandiri yang hanya membutuhkan beberapa liter gas helium. Tidak diperlukan penanganan gas eksternal apa pun, sehingga menghilangkan layanan yang diperlukan untuk pompa dan mengurangi kemungkinan hilangnya gas yang mahal.

“Lebih jauh lagi,” tambah Danaher, “Cryostat Charger membutuhkan kurang dari 1 m2 ruang laboratorium – tidak termasuk sistem kontrol kompak – padahal biasanya sebagian besar lemari es pengenceran akan mengkonsumsi lebih dari dua kali lipatnya.”

Sementara itu, inovasi produk yang berkelanjutan tetap menjadi prioritas Danaher dan kepala desainer cryostat Bryan Schiffner. Dengan mengingat hal ini, suspensi Kevlar baru yang dapat dimasukkan dalam cryostat perusahaan mana pun juga akan diumumkan pada Rapat APS Maret. Sederhananya, suspensi Kevlar terintegrasi dalam cryostat untuk memberi para ilmuwan platform untuk memasang sampel atau perakitan yang sedang diuji pada suhu dingin tanpa menimbulkan risiko kerusakan pada pendingin serapan CRC.

“Suspensi Kevlar mendukung tahap sampel yang memberikan jarak dekat ke pendingin,” Danaher menyimpulkan. “Dengan cara ini, kami dapat memastikan cryostat berguna secara ilmiah berkat tahap sampel yang kokoh, tahan lama, dan luas.”

Kriogenik Danaher

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika