Innovatie bij ultralage temperaturen: geïntegreerde cryostaatsystemen zorgen voor productiviteitswinst – 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="Coole dingen Binnenaanzicht van de Pony-cryostaat die in februari in het Argonne National Laboratory werd geïnstalleerd. De Pony biedt wetenschappelijke gebruikers continue sub-Kelvin-koeling en een grote experimentele ruimte die gemakkelijk te openen en te sluiten is. (Met dank aan: Danaher Cryo) ” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>

Sommigen houden van warm, anderen houden het graag koud – ultrakoud om precies te zijn. Een case study in dit verband is Danaher Cryogenetica, de in de VS gevestigde ontwerper en fabrikant van geïntegreerde sub-Kelvin cryostaatsystemen voor diverse toepassingen in wetenschappelijk onderzoek en industriële R&D. De twee jaar oude technologiestart-up, gevestigd in Boulder, Colorado, heeft de lat voor zichzelf hoog gelegd op het gebied van ultralage temperaturen, wat blijkt uit een missieverklaring om “het bijna onmogelijke na te streven met elegante, klassieke oplossingen voor optimale prestaties.” cryogene prestaties – van het eerste concept tot de realisatie”.

Als dat het achtergrondverhaal is, hoe zit het dan met de details? Centraal in het Danaher Cryo-bedrijfsmodel staan ​​samenwerking en cryogene innovatie – samenwerking met belangrijke technologieleveranciers en eindgebruikers. “Waar ik trots op ben – en waar we hier naar streven – is om veel meer te zijn dan een leverancier van transactionele apparatuur”, legt Charlie Danaher, president en oprichter van Danaher Cryo, uit. Simpel gezegd: het doel voor Danaher en zijn collega's is gezamenlijke productontwikkeling, "om erachter te komen wat klanten op gedetailleerd niveau nodig hebben en vervolgens met de optimale koude oplossing te komen op het gebied van ontwerp, ontwikkeling en implementatie van cryostaten".

Samenwerken, innoveren, versnellen

Op hoofdlijnen valt het evoluerende klantenbestand van Danaher Cryo uiteen in drie kerngroepen: universitaire onderzoeksgroepen; Amerikaanse nationale laboratoria, inclusief de nabijgelegen Nationaal Instituut voor Standaarden en Technologie (NIST) Boulder Laboratories; evenals lucht- en ruimtevaart- en defensie-aannemers in de VS en daarbuiten.

“We hebben een reputatie opgebouwd door nauw samen te werken met klanten om te voldoen aan hun sub-Kelvin-vereisten in een reeks wetenschappelijke en technische projecten”, legt Danaher uit. Denk aan geavanceerde gebruiksscenario's zoals detectoren met één foton voor radioastronomie; Röntgen- en neutronenbundellijnexperimenten; en scanning-sondemicroscopiestudies van supergeleiders bij hoge temperaturen.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher “We hebben een reputatie opgebouwd door nauw samen te werken met klanten om aan hun sub-Kelvin-vereisten te voldoen.” (Met dank aan Danaher Cryo)” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

“Een van onze belangrijkste groeimarkten is de opkomende toeleveringsketen voor kwantumtechnologie”, voegt Danaher toe, “waar cryogene temperaturen essentieel zijn voor onderzoek en ontwikkeling van materialen en de ontwikkeling van apparaten op het gebied van kwantumdetectie, kwantumnetwerken en kwantumcomputertoepassingen.”

Danaher van zijn kant is geen onbekende op het gebied van collaboratieve innovatie. Voordat hij Danaher Cryo in april 2022 lanceerde, heeft hij 25 jaar in senior productontwikkelings- en engineeringfuncties gewerkt bij Cryogenic Technical Services (CTS) en High Precision Devices (HPD). Daarbij heeft hij nauw samengewerkt met een reeks topklanten zoals Boeing, Algemene Atomics, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvard University, NASA en NIST.

Diezelfde naar buiten gerichte mentaliteit vormt de basis voor de commerciële aanpak bij Danaher Cryo, niet in de laatste plaats als het gaat om technologische partnerschappen. De belangrijkste daarvan is de samenwerking van het bedrijf Chase Research Cryogenetica (CRC), een gespecialiseerde Britse fabrikant van sorptiekoelers die temperaturen onder de Kelvin kunnen genereren (zelfs tot <0.1 K). “Het strategische partnerschap met CRC bestaat al 18 maanden”, zegt Danaher, “waarbij de Chase-koelers dienen als een kernbouwsteen binnen onze volledig geïntegreerde sub-Kelvin-cryostaatsystemen.”

Een andere spraakmakende partner is Leidse Cryogenica, waarbij Danaher Cryo de verkoop van verdunningskoelkasten beheert voor de Nederlandse apparatuurfabrikant in Noord-Amerika. “We verwerken niet alleen de inkooporders”, zegt Danaher. “Wij faciliteren de installatie, inbedrijfstelling en acceptatie van Leidse producten, evenals doorlopende service- en onderhoudsondersteuning.”

Dichter bij huis is er een voortdurende technologische samenwerking met NIST en de Universiteit van Colorado Boulder (CU Boulder), waarbij Danaher Cryo zich positioneert als exclusieve commercialisatiepartner voor de zogenaamde Adaptive Cooling Technology (ACT) pulse-tube cryocooler. Terwijl de pulsbuiskoelkasten van de huidige generatie speciaal zijn ontworpen voor een stabiele werking bij lage temperaturen, biedt het ACT-ontwerp een dynamische afstemming van de koelprestaties – functionaliteit die vooral van invloed is tijdens de afkoelfase van de werking.

Via een Cooperative Research and Development Agreement (CRADA) heeft Danaher Cryo nu een exclusieve optie om een ​​licentie te verlenen voor de ACT-technologie-innovatie (onlangs gepatenteerd door CU Boulder). “Grote cryogene systemen kunnen afkoeltijden hebben die variëren van een paar dagen tot meer dan een maand”, zegt Danaher. “Het ACT-pulsbuisontwerp kan deze tijden met meer dan 50% verkorten – een overtuigend voorstel in termen van workflowefficiëntie en R&D-productiviteit.” 

Coole technologieën, koude wetenschap

Terwijl het ACT-cryogene systeem klaar staat voor volledige commerciële introductie in de tweede helft van 2025, biedt Danaher Cryo al een uitgebreid portfolio van continue koeling en one-shot cryostaatsystemen – een productportfolio dat zal worden tentoongesteld op de Maartbijeenkomst van de American Physical Society (APS). in Minneapolis, Minnesota, volgende week.

De continue koelsystemen behouden hun basistemperatuur voor onbepaalde tijd en bestaan ​​uit de Pony (met een koelvermogen tot onder 825 mK), Bronco (<300 mK) en de Charger (volledig geïntegreerd met de mini-verdunningskoelkast van CRC voor koeling tot onder 100 mK) . De one-shot cryostaatsystemen bieden daarentegen tijdsgelimiteerde koeling tot 30 uur en omvatten de Colt (850 mK basistemperatuur), Palomino (300 mK) en de 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="Speel naar je sterke punten De nieuwe Kevlar-ophanging en bemonsteringstrap van Danaher Cryo kan worden opgenomen in elk van de continue koeling- of one-shot-cryostaatsystemen van het bedrijf. (Met dank aan: Danaher Cryo)” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

Het is veelbetekenend dat het Danaher Cryo-team eerder deze maand de eerste installatie bij klanten heeft afgerond, waarbij de Pony-cryostaat werd geïnstalleerd en geaccepteerd bij het Amerikaanse ministerie van Energie. Nationaal laboratorium van Argonne aan de rand van Chicago. “De Pony combineert continue sub-Kelvin-koeling met gemakkelijke toegang tot het koude gebied en het te testen monster”, legt Danaher uit.

Wetenschappers uit Argonne zullen de cryostaat gebruiken om supergeleidende nanodraaddeeltjesdetectoren te testen en te karakteriseren voor toepassingen in de kernfysica. “Vanwege de grote experimentele ruimte van de Pony zal het systeem worden gebruikt bij het testen van volledige wafels voordat ze in blokjes worden gesneden”, merkt Danaher op. "Vervolgens zullen de wafers in blokjes worden gesneden en zullen de geselecteerde chips worden ingezet voor bundellijnexperimenten."

Danaher van zijn kant wil ook graag de voordelen van het Charger-systeem onder de aandacht brengen – vooral de continue koeling van 100 mK “zonder de rompslomp” die doorgaans gepaard gaat met verdunningskoelkasten. “We maken gebruik van het Continuous Miniature Dilutor (CMD)-subsysteem van CRC”, legt hij uit. De CMD is een kleine, op zichzelf staande koelkast die slechts een paar liter heliumgas nodig heeft. Er is geen externe gasbehandeling nodig, wat op zijn beurt het onderhoud aan de pompen elimineert en de kans op duur gasverlies verkleint.

“Bij uitbreiding,” voegt Danaher toe, “heeft de Charger-cryostaat minder dan 1 meter nodig² aan laboratoriumruimte – het compacte besturingssysteem niet meegerekend – terwijl de meeste verdunningskoelkasten doorgaans meer dan twee keer zoveel verbruiken.”

Intern blijft continue productinnovatie de prioriteit voor Danaher en zijn hoofdcryostaatontwerper Bryan Schiffner. Met dit in gedachten zal tijdens de APS March Meeting ook een nieuwe Kevlar-ophanging worden onthuld die kan worden opgenomen in alle cryostaten van het bedrijf. Simpel gezegd is de Kevlar-ophanging geïntegreerd in de cryostaat om wetenschappers een platform te geven om hun monster of te testen samenstel bij lage temperaturen te installeren zonder het risico te lopen dat de CRC-sorptiekoeler beschadigd raakt.

“De Kevlar-ophanging ondersteunt een monsterfase die zorgt voor een dichte nabijheid van de koeler”, concludeert Danaher. “Op deze manier kunnen we ervoor zorgen dat de cryostaat wetenschappelijk bruikbaar is dankzij een robuuste, duurzame en ruime monstertafel.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/