Ultralavtemperaturinnovasjon: integrerte kryostatsystemer åpner for produktivitetsgevinster – 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="Kule ting Innvendig visning av Pony-kryostaten installert ved Argonne National Laboratory i februar. Ponnien gir vitenskapelige brukere kontinuerlig sub-Kelvin-kjøling og en stor eksperimentell plass som er praktisk å åpne og lukke. (Courtesy: Danaher Cryo) ” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg">

Mens noen liker det varmt, liker andre å holde ting kaldt – ultrakaldt for å være presis. En casestudie i denne forbindelse er Danaher Cryogenics, den USA-baserte designeren og produsenten av integrerte sub-Kelvin kryostatsystemer for ulike bruksområder innen vitenskapelig forskning og industriell FoU. Basert fra Boulder, Colorado, har den to år gamle teknologistart-upen satt en høy standard for seg selv i ultralavtemperaturregimet, bevist av en oppdragserklæring om å "forfølge det nesten umulige med elegante, klassiske løsninger for optimal kryogen ytelse – fra innledende konsept til utførelse”.

Hvis det er bakhistorien, hva med detaljene? Front-and-center i Danaher Cryo-forretningsmodellen er samarbeid og kryogen innovasjon – samarbeid med både nøkkelteknologileverandører og sluttbrukere. "Det jeg er stolt av - og det vi streber etter her - er å være mye mer enn en leverandør av transaksjonsutstyr," forklarer Charlie Danaher, president og grunnlegger av Danaher Cryo. Enkelt sagt: målet for Danaher og kollegene hans er samarbeidende produktutvikling, "å finne ut hva kundene trenger på et granulært nivå og deretter komme opp med den optimale kalde løsningen når det gjelder kryostatdesign, utvikling og distribusjon".

Samarbeid, innover, akselerer

På overskriftsnivå deles Danaher Cryos utviklende kundebase inn i tre kjernegrupper: universitetsbaserte forskningsgrupper; US National Laboratories, inkludert de nærliggende National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder Laboratories; samt luftfarts- og forsvarsentreprenører i USA og lenger unna.

"Vi har etablert et rykte for å jobbe hånd i hånd med kunder for å møte deres sub-Kelvin-krav på tvers av en rekke vitenskapelige og tekniske prosjekter," forklarer Danaher. Tenk på banebrytende brukstilfeller som enkeltfotondetektorer for radioastronomi; Eksperimenter med røntgen og nøytronstrålelinje; og scanning-probe mikroskopi studier av høytemperatur superledere.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Vi har etablert et rykte for å jobbe hånd i hånd med kunder for å møte deres sub-Kelvin-krav." (Courtesy: Danaher Cryo)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Blant våre prioriterte vekstmarkeder er den fremvoksende kvanteteknologiske forsyningskjeden," legger Danaher til, "hvor kryogene temperaturer er avgjørende for forskning og utvikling av materialer og enhetsutvikling innen kvanteregistrering, kvantenettverk og kvantedatabehandlingsapplikasjoner."

Danaher på sin side er ikke fremmed for innovasjon i samarbeid. Før han lanserte Danaher Cryo i april 2022, brukte han 25 år i senior produktutviklings- og ingeniørroller hos Cryogenic Technical Services (CTS) og High Precision Devices (HPD) – underveis i tett samarbeid med en rekke toppkunder som Boeing, Generell atomikk, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvard University, NASA og NIST.

Den samme utadvendte tankegangen gir grunnlag for den kommersielle tilnærmingen hos Danaher Cryo, ikke minst når det gjelder teknologipartnerskap. Den viktigste blant dem er selskapets tilknytning til Chase Research Cryogenics (CRC), en britisk spesialistprodusent av sorpsjonskjølere som er i stand til å generere sub-Kelvin-temperaturer (selv ned til <0.1 K). "Det strategiske partnerskapet med CRC har vært på plass i 18 måneder," sier Danaher, "med Chase-kjølerne som en kjernebyggestein i våre fullt integrerte sub-Kelvin-kryostatsystemer."

En annen høyprofilert partner er Leiden Cryogenics, med Danaher Cryo som administrerer salget av fortynningskjøleskap for den nederlandske utstyrsprodusenten over hele Nord-Amerika. "Vi behandler ikke bare innkjøpsordrene," sier Danaher. "Vi legger til rette for installasjon, igangkjøring og aksept av Leiden-produkter, samt løpende service og vedlikeholdsstøtte."

Nærmere hjemmet er det et pågående teknologisamarbeid med NIST og University of Colorado Boulder (CU Boulder), med Danaher Cryo posisjonert som eksklusiv kommersialiseringspartner for den såkalte Adaptive Cooling Technology (ACT) pulsrørskryokjøleren. Mens nåværende generasjons pulsrør-kjøleskap er spesielt utformet for stabil drift, basistemperaturdrift, gir ACT-designen dynamisk innstilling av kjøleytelsen – funksjonalitet som er spesielt virkningsfull under nedkjølingsfasen av driften.

Danaher Cryo jobber via en samarbeidsavtale for forskning og utvikling (CRADA), og har nå et eksklusivt alternativ til å lisensiere ACT-teknologiinnovasjonen (nylig patentert av CU Boulder). "Store kryogene systemer kan ha nedkjølingstider som varierer fra et par dager til mer enn en måned," sier Danaher. "ACT-pulsrørdesignet kan kutte disse tidene med mer enn 50 % – et overbevisende forslag når det gjelder arbeidsflyteffektivitet og FoU-produktivitet." 

Kule teknologier, kald vitenskap

Mens det kryogene ACT-systemet blir satt opp for full kommersiell utgivelse i andre halvdel av 2025, tilbyr Danaher Cryo allerede en omfattende portefølje av kontinuerlig kjøling og one-shot kryostatsystemer – en produktportefølje som vil bli vist frem på American Physical Society (APS) marsmøte i Minneapolis, MN, neste uke.

De kontinuerlige kjølesystemene opprettholder basistemperaturen på ubestemt tid og omfatter ponnien (med kjøleevne ned til under 825 mK), Bronco (<300 mK) og laderen (fullstendig integrert med CRCs minifortynningskjøleskap for kjøling til under 100 mK) . One-shot kryostatsystemene, derimot, gir tidsbegrenset kjøling i opptil 30 timer og omfatter Colt (850 mK grunntemperatur), Palomino (300 mK) og 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="Spill til dine sterke sider Danaher Cryos nye Kevlar-oppheng og prøvetrinn kan inkluderes i alle selskapets kontinuerlige kjøle- eller one-shot kryostatsystemer. (Courtesy: Danaher Cryo)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

Betydelig nok, Danaher Cryo-teamet satte opp sin første kundeinstallasjon tidligere denne måneden, med Pony-kryostaten installert og akseptert ved det amerikanske energidepartementets Argonne National Laboratory i utkanten av Chicago. "Ponnien kombinerer kontinuerlig sub-Kelvin-kjøling med enkel tilgang til det kalde området og prøve-under-test," forklarer Danaher.

Argonne-forskere vil bruke kryostaten til å teste og karakterisere superledende nanotrådpartikkeldetektorer for applikasjoner innen kjernefysikk. "På grunn av ponniens store eksperimentelle plass, vil systemet brukes i testing av fulle wafere før terninger," bemerker Danaher. "Deretter vil skivene bli kuttet og de valgte brikkene utplassert for strålelinjeeksperimenter."

Danaher, på sin side, er også opptatt av å fremheve fordelene med Charger-systemet – hovedsakelig kontinuerlig 100 mK kjøling "uten problemer" som vanligvis er forbundet med fortynningskjøleskap. "Vi utnytter CRCs Continuous Miniature Dilutor (CMD) subsystem," forklarer han. CMD er et lite, selvstendig kjøleskap som krever bare noen få liter heliumgass. Det er ikke behov for ekstern gasshåndtering som igjen eliminerer servicen som kreves for pumper og reduserer sjansene for kostbart gasstap.

"I forlengelsen," legger Danaher til, "krever Charger-kryostaten mindre enn 1 m² laboratorieplass – ikke medregnet det kompakte kontrollsystemet – mens de fleste fortynningskjøleskap vanligvis vil forbruke mer enn det dobbelte.»

Internt, i mellomtiden, er kontinuerlig produktinnovasjon fortsatt prioritet for Danaher og hans sjefkryostatdesigner Bryan Schiffner. Med dette i bakhodet vil en ny Kevlar-suspensjon som kan inkluderes i alle selskapets kryostater også bli avduket på Aps marsmøte. Enkelt sagt er Kevlar-suspensjonen integrert i kryostaten for å gi forskere en plattform for å installere prøven eller monteringen under test ved den kalde temperaturen uten å risikere skade på CRC-sorpsjonskjøleren.

"Kevlar-opphenget støtter et prøvetrinn som gir nærhet til kjøleren," konkluderer Danaher. "På denne måten kan vi sikre at kryostaten er vitenskapelig nyttig takket være et robust, holdbart og romslig prøvetrinn."

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/