超低温イノベーション: 統合されたクライオスタット システムが生産性の向上を切り開く – 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="クール 2024月にアルゴンヌ国立研究所に設置されたポニークライオスタットの内部図。ポニーは科学ユーザーに継続的なサブケルビン冷却と、開閉に便利な大きな実験スペースを提供します。 (提供: Danaher Cryo) ” title=”クリックするとポップアップで画像が開きます” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/03/XNUMX/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>

熱いのが好きな人もいれば、冷たく、正確に言うと極寒に保つのが好きな人もいます。この点に関するケーススタディは次のとおりです ダナハー クライオジェニクスは、米国に本拠を置く、科学研究や産業研究開発におけるさまざまな用途向けの統合サブケルビンクライオスタットシステムの設計者および製造業者です。コロラド州ボルダーに拠点を置く、設立 2 年のテクノロジースタートアップ企業は、「最適なソリューションを実現するエレガントで古典的なソリューションでほぼ不可能を追求する」というミッションステートメントによって証明されているように、超低温環境において高いハードルを自らに設定しています。極低温性能 - 初期コンセプトから実現まで」。

それが裏話だとしたら、具体的にはどうなるのでしょうか？ Danaher Cryo ビジネス モデルの中心となるのはコラボレーションと極低温イノベーションであり、主要なテクノロジー サプライヤーとエンド ユーザーと同様に提携します。 「私が誇りに思っていること、そして私たちがここで目指していることは、単なる取引機器ベンダーを超えたものになることです」と Danaher Cryo の社長兼創設者である Charlie Danaher 氏は説明します。簡単に言うと、ダナハー氏​​と彼の同僚の目標は、「顧客が何を必要としているかを詳細なレベルで把握し、クライオスタットの設計、開発、展開の観点から最適な低温ソリューションを考え出す」という共同製品開発です。

コラボレーション、革新、加速

見出しレベルで見ると、Danaher Cryo の進化する顧客ベースは 3 つの主要な支持層に分類されます。米国国立研究所（近隣の研究所を含む） 米国国立標準技術研究所 (NIST) ボルダー研究所;米国およびその他の地域の航空宇宙および防衛請負業者だけでなく。

「当社は、顧客と協力してさまざまな科学および工学プロジェクトにわたるサブケルビン要件を満たすことで評判を確立しています」とダナハー氏​​は説明します。電波天文学用の単一光子検出器のような最先端のユースケースを考えてみましょう。 X線および中性子のビームライン実験。走査型プローブ顕微鏡による高温超伝導体の研究。

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="チャーリー・ダナハー 「当社は、お客様と協力してサブケルビン要件を満たすことで定評を確立しています。」 (提供: Danaher Cryo)” title=”クリックするとポップアップで画像が開きます” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

ダナハー氏​​は、「当社の優先成長市場の一つに、新興の量子技術サプライチェーンが挙げられます。そこでは、量子センシング、量子ネットワーキング、量子コンピューティングアプリケーションにおける材料の研究開発やデバイス開発には極低温が不可欠です。」と付け加えた。

ダナハー氏​​としては、共同イノベーションに精通しているわけではありません。 2022 年 25 月に Danaher Cryo を立ち上げるまで、彼は Cryogenic Technical Services (CTS) および High Precision Devices (HPD) で上級製品開発およびエンジニアリングの役割を XNUMX 年間務め、その過程で以下のような一流の顧客と緊密に連携してきました。 ボーイング, 一般アトミック, ローレンスリバモア国立研究所, ハーバード大学, 米航空宇宙局（NASA） そしてNIST。

同じ外向きの考え方が、特にテクノロジー パートナーシップに関して、ダナハー クライオの商業的アプローチに反映されています。その最たるものは、同社との提携である。 チェイス・リサーチの極低温学 (CRC) は、サブケルビン温度 (0.1 K 未満まで) を生成できる収着冷却器の英国の専門メーカーです。 「CRC との戦略的パートナーシップは 18 か月間維持されており、Chase クーラーは当社の完全に統合されたサブケルビン クライオスタット システム内の中核となる構成要素として機能します。」とダナハー氏​​は述べています。

もう一人の注目度の高いパートナーは、 ライデン極低温学Danaher Cryo がオランダの機器メーカーの北米全域での希釈冷蔵庫の販売を管理しています。 「私たちは発注書を処理しているだけではありません」とダナハー氏​​は言います。 「当社は、ライデン製品の設置、試運転、受け入れを容易にするだけでなく、継続的なサービスとメンテナンスのサポートも容易にします。」

もっと身近なところでは、NIST および コロラド大学ボールダー校 (CU Boulder)、Danaher Cryo は、いわゆるアダプティブ クーリング テクノロジー (ACT) パルスチューブ クライオクーラーの独占的な商品化パートナーとして位置づけられています。現行世代のパルス管冷凍機は、定常状態の基本温度での動作向けに特別に設計されていますが、ACT 設計は冷却性能の動的な調整を提供します。これは、動作のクールダウン段階で特に影響を与える機能です。

共同研究開発協定 (CRADA) を通じて活動している Danaher Cryo は、ACT テクノロジー イノベーション (最近 CU Boulder によって特許を取得) をライセンスする独占的なオプションを獲得しました。 「大規模な極低温システムの冷却時間は、数日から 50 か月以上かかる場合があります」とダナハー氏​​は言います。 「ACT パルスチューブ設計により、これらの時間を XNUMX% 以上短縮できます。これは、ワークフローの効率性と研究開発の生産性の観点から、説得力のある提案です。」 

クールなテクノロジー、クールなサイエンス

ACT 極低温システムは 2025 年下半期の完全商用リリースに向けて準備が進められていますが、Danaher Cryo はすでに連続冷却システムとワンショット クライオスタット システムの包括的なポートフォリオを提供しています。この製品ポートフォリオは、XNUMX 年後半に展示される予定です。 米国物理学会 (APS) 3 月会議 来週ミネソタ州ミネアポリスで。

連続冷却システムは基本温度を無期限に維持し、ポニー (冷却能力は 825 mK 以下)、ブロンコ (<300 mK)、チャージャー (CRC のミニ希釈冷凍機と完全に統合され、100 mK 以下まで冷却可能) で構成されています。 。一方、ワンショットクライオスタットシステムは、最大 30 時間の時間制限付き冷却を提供し、Colt (ベース温度 850 mK)、Palomino (300 mK)、および Mustang (200 mK) で構成されます。

<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="あなたの強みを発揮する Danaher Cryo の新しい Kevlar サスペンションとサンプル ステージは、同社の任意の連続冷却システムまたはワンショット クライオスタット システムに組み込むことができます。 (提供: Danaher Cryo)” title=”クリックするとポップアップで画像が開きます” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

重要なのは、ダナハー クライオ チームが今月初めに最初の顧客設置を順調に進め、ポニー クライオスタットが設置され、米国エネルギー省に受け入れられたことです。 アルゴンヌ国立研究所 シカゴの郊外にある。 「Pony は、継続的なサブケルビン冷却と、低温領域および試験中のサンプルへのアクセスの容易さを兼ね備えています」とダナハー氏​​は説明します。

アルゴンヌの科学者たちは、核物理学に応用するための超伝導ナノワイヤ粒子検出器のテストと特性評価にクライオスタットを使用する予定です。 「ポニーには広い実験スペースがあるため、このシステムはダイシング前の完全なウェーハのテストに使用されます」とダナハー氏​​は述べています。 「その後、ウェーハはダイシングされ、選択されたチップがビームライン実験用に配置されます。」

ダナハー氏​​もまた、チャージャー システムの利点、主に希釈冷凍機にありがちな「面倒な作業なしで」連続 100 mK 冷却を強調することに熱心です。 「私たちは CRC の連続小型希釈器 (CMD) サブシステムを活用しています」と彼は説明します。 CMD は小型の内蔵型冷蔵庫で、必要なヘリウム ガスはわずか数リットルです。外部でガスを扱う必要がないため、ポンプに必要なサービスが不要になり、高価なガス損失の可能性が減ります。

「ひいては」とダナハー氏​​は付け加えた、「チャージャーのクライオスタットに必要なのは 1 m 未満です² コンパクトな制御システムを除いた研究室スペースの消費量は、通常、ほとんどの希釈冷蔵庫ではその 2 倍以上になります。」

一方、社内では、ダナハー氏​​と彼のクライオスタット主任設計者ブライアン・シフナー氏にとって、継続的な製品革新が依然として優先事項となっている。これを念頭に置いて、同社のクライオスタットに組み込むことができる新しいケブラー サスペンションも、APS 3 月の会議で発表される予定です。簡単に言うと、ケブラー サスペンションはクライオスタット内に統合されており、CRC 収着冷却器を損傷する危険を冒さずに、低温でサンプルや試験対象のアセンブリを設置するためのプラットフォームを科学者に提供します。

「ケブラー サスペンションは、冷却器に近接したサンプル ステージをサポートします」と Danaher 氏は結論づけています。 「このようにして、頑丈で耐久性があり、広々としたサンプルステージのおかげで、クライオスタットが科学的に有用であることを確認できます。」

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