Innowacje w zakresie ultraniskich temperatur: zintegrowane systemy kriostatów umożliwiają wzrost produktywności – Świat Fizyki

<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="Fajne rzeczy Widok wnętrza kriostatu Pony zainstalowanego w lutym w Argonne National Laboratory. Pony zapewnia użytkownikom naukowym ciągłe chłodzenie w temperaturze poniżej Kelvina i dużą przestrzeń eksperymentalną, którą można wygodnie otwierać i zamykać. (Dzięki uprzejmości: Danaher Cryo) ” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-zwiększa-produktywność-świat-fizyki.jpg”>

Niektórzy lubią gorąco, inni lubią, gdy jest zimno – a dokładniej ultrazimno. Studium przypadku w tym zakresie Danaher Kriogenika, amerykański projektant i producent zintegrowanych systemów kriostatów subkelwinowskich do różnorodnych zastosowań w badaniach naukowych oraz przemysłowych pracach badawczo-rozwojowych. Ten dwuletni start-up technologiczny z siedzibą w Boulder w Kolorado postawił sobie wysoką poprzeczkę w zakresie ultraniskich temperatur, czego dowodem jest misja „dążenia do tego, co niemal niemożliwe, dzięki eleganckim, klasycznym rozwiązaniom zapewniającym optymalne Wydajność kriogeniczna – od wstępnej koncepcji do realizacji”.

Jeśli to jest historia, to co ze szczegółami? Centralnym elementem modelu biznesowego Danaher Cryo jest współpraca i innowacje kriogeniczne – współpraca z kluczowymi dostawcami technologii i użytkownikami końcowymi. „Jestem dumny – i do czego tu dążymy – to być czymś więcej niż tylko dostawcą sprzętu transakcyjnego” – wyjaśnia Charlie Danaher, prezes i założyciel Danaher Cryo. Mówiąc prościej: celem Danahera i jego współpracowników jest wspólny rozwój produktu, „aby dowiedzieć się, czego potrzebują klienci na poziomie szczegółowym, a następnie opracować optymalne rozwiązanie chłodnicze pod względem projektowania, rozwoju i wdrożenia kriostatu”.

Współpracuj, wprowadzaj innowacje, przyspieszaj

Na poziomie podstawowym ewoluująca baza klientów Danaher Cryo dzieli się na trzy główne grupy: uniwersyteckie grupy badawcze; Laboratoria Narodowe USA, w tym pobliskie Laboratoria Boulderowe Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST).; a także wykonawcy z branży lotniczej i obronnej w USA i poza nią.

„Zdobyliśmy reputację dzięki współpracy z klientami, aby spełnić ich wymagania w zakresie temperatur poniżej Kelvina w ramach szeregu projektów naukowych i inżynieryjnych” – wyjaśnia Danaher. Pomyśl o nowatorskich zastosowaniach, takich jak detektory pojedynczych fotonów w radioastronomii; Eksperymenty z linią promieni rentgenowskich i neutronów; oraz badania mikroskopii nadprzewodników wysokotemperaturowych za pomocą sondy skaningowej.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charliego Danahera „Zdobyliśmy reputację dzięki współpracy z klientami, aby spełnić ich wymagania w zakresie temperatur poniżej Kelvina”. (Dzięki uprzejmości: Danaher Cryo)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

„Do naszych priorytetowych rynków wzrostu należy powstający łańcuch dostaw technologii kwantowej” – dodaje Danaher, „gdzie temperatury kriogeniczne są niezbędne do badań i rozwoju materiałów oraz rozwoju urządzeń do wykrywania kwantowego, sieci kwantowych i zastosowań obliczeń kwantowych”.

Danaherowi ze swojej strony wspólne innowacje nie są obce. Przed uruchomieniem Danaher Cryo w kwietniu 2022 r. spędził 25 lat na stanowiskach wyższego szczebla zajmujących się rozwojem produktów i inżynierią w Cryogenic Technical Services (CTS) i High Precision Devices (HPD), a po drodze ściśle współpracował z szeregiem czołowych klientów, takich jak Boeing, Ogólne Atomics, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvard University, NASA i NIST.

To samo nastawienie skierowane na zewnątrz wpływa na komercyjne podejście Danaher Cryo, zwłaszcza jeśli chodzi o partnerstwa technologiczne. Najważniejszym z nich jest powiązanie firmy z Chase Research Cryogenics (CRC), specjalistycznego brytyjskiego producenta chłodnic sorpcyjnych zdolnych do generowania temperatur poniżej Kelvina (nawet do <0.1 K). „Strategiczne partnerstwo z CRC trwa od 18 miesięcy”, mówi Danaher, „a chłodnice Chase stanowią podstawowy element naszych w pełni zintegrowanych systemów kriostatów subkelwinowskich”.

Kolejnym znaczącym partnerem jest Lejda Kriogenika, a Danaher Cryo zarządza sprzedażą lodówek do rozcieńczania dla holenderskiego producenta sprzętu w Ameryce Północnej. „Nie tylko realizujemy zamówienia” – mówi Danaher. „Ułatwiamy instalację, uruchomienie i odbiór produktów Leiden, a także bieżące wsparcie serwisowe i konserwacyjne.”

Bliżej domu istnieje ciągła współpraca technologiczna z NIST i Uniwersytet Colorado Boulder (CU Boulder), a firma Danaher Cryo została wyłącznym partnerem w zakresie komercjalizacji tak zwanej pulsacyjnej chłodnicy kriogenicznej z technologią Adaptive Cooling (ACT). Chociaż lodówki impulsowe obecnej generacji są specjalnie zaprojektowane do pracy w stanie ustalonym w temperaturze podstawowej, konstrukcja ACT zapewnia dynamiczne dostrajanie wydajności chłodzenia – funkcjonalność, która jest szczególnie istotna w fazie schładzania.

Działając w ramach umowy o współpracy badawczo-rozwojowej (CRADA), Danaher Cryo ma teraz wyłączną możliwość licencjonowania innowacyjnej technologii ACT (niedawno opatentowanej przez CU Boulder). „Duże systemy kriogeniczne mogą mieć czas schładzania od kilku dni do ponad miesiąca” – mówi Danaher. „Konstrukcja lampy impulsowej ACT może skrócić ten czas o ponad 50% – to przekonująca propozycja pod względem wydajności przepływu pracy i produktywności badań i rozwoju”. 

Fajne technologie, zimna nauka

Podczas gdy system kriogeniczny ACT ma zostać wprowadzony na rynek w drugiej połowie 2025 r., Danaher Cryo oferuje już kompleksowe portfolio systemów kriostatu z ciągłym chłodzeniem i jednorazowym – portfolio produktów, które zostanie zaprezentowane na targach Marcowe spotkanie Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (APS). w Minneapolis, MN, w przyszłym tygodniu.

Systemy ciągłego chłodzenia utrzymują temperaturę bazową przez czas nieokreślony i obejmują Pony (o wydajności chłodzenia do poniżej 825 mK), Bronco (<300 mK) i ładowarkę (w pełni zintegrowaną z mini lodówką rozcieńczającą CRC do chłodzenia do poniżej 100 mK). . Z kolei systemy kriostatu jednorazowego zapewniają ograniczone czasowo chłodzenie do 30 godzin i obejmują Colt (temperatura podstawowa 850 mK), Palomino (300 mK) i 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="Wykorzystaj swoje mocne strony Nowe zawieszenie Kevlar i stolik na próbki firmy Danaher Cryo można włączyć do dowolnego systemu kriostatu z chłodzeniem ciągłym lub jednorazowym. (Dzięki uprzejmości: Danaher Cryo)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-zwiększa-produktywność-świat-fizyki-2.jpg”>

Co istotne, zespół Danaher Cryo przeprowadził pierwszą instalację u klienta na początku tego miesiąca, instalując i odbierając kriostat Pony w siedzibie Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Argonne National Laboratory na obrzeżach Chicago. „Pony łączy w sobie ciągłe chłodzenie w temperaturze poniżej Kelwina z łatwością dostępu do zimnego obszaru i badanej próbki” – wyjaśnia Danaher.

Naukowcy z firmy Argonne wykorzystają kriostat do testowania i charakteryzowania detektorów cząstek nadprzewodzących z nanodrutów do zastosowań w fizyce jądrowej. „Dzięki dużej przestrzeni doświadczalnej Pony system będzie używany do testowania pełnych wafli przed pokrojeniem w kostkę” – zauważa Danaher. „Następnie płytki zostaną pokrojone w kostkę, a wybrane chipy zostaną wykorzystane do eksperymentów na liniach produkcyjnych”.

Danaher ze swojej strony pragnie również podkreślić zalety systemu Charger – przede wszystkim ciągłe chłodzenie 100 mK „bez kłopotów” typowo kojarzonych z lodówkami rozcieńczającymi. „Wykorzystujemy podsystem ciągłego miniaturowego rozcieńczalnika (CMD) firmy CRC” – wyjaśnia. CMD to mała, samodzielna lodówka, która zużywa tylko kilka litrów helu. Nie ma potrzeby zewnętrznej obsługi gazu, co z kolei eliminuje konieczność serwisowania pomp i zmniejsza ryzyko kosztownej utraty gazu.

„W rezultacie” – dodaje Danaher – „kriostat Charger wymaga mniej niż 1 m² przestrzeni laboratoryjnej – nie licząc kompaktowego systemu sterowania – podczas gdy zazwyczaj większość lodówek do rozcieńczania zużywa ponad dwukrotnie więcej.”

Tymczasem wewnętrzne innowacje produktów pozostają priorytetem dla Danahera i jego głównego projektanta kriostatu Bryana Schiffnera. Mając to na uwadze, podczas marcowego spotkania APS zaprezentowane zostanie również nowe zawieszenie kevlarowe, które można zastosować w dowolnym kriostacie firmy. Mówiąc prościej, zawieszenie kevlarowe jest zintegrowane z kriostatem, aby zapewnić naukowcom platformę do zainstalowania badanej próbki lub zespołu w niskiej temperaturze bez ryzyka uszkodzenia chłodnicy sorpcyjnej CRC.

„Zawieszenie kevlarowe obsługuje stopień próbki, który zapewnia bliskość chłodnicy” – podsumowuje Danaher. „W ten sposób możemy zapewnić przydatność kriostatu z naukowego punktu widzenia dzięki wytrzymałemu, trwałemu i przestronnemu stolikowi na próbki”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/