Inovação em temperaturas ultrabaixas: sistemas criostatos integrados proporcionam ganhos de produtividade – 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="Coisas legais Vista interna do criostato Pony instalado no Laboratório Nacional de Argonne em fevereiro. O Pony fornece aos usuários científicos resfriamento contínuo abaixo de Kelvin e um grande espaço experimental que é conveniente para abrir e fechar. (Cortesia: Danaher Cryo) ”title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- abra-produtividade-ganhos-física-mundo.jpg”>

Enquanto alguns gostam de calor, outros gostam de manter as coisas frias – ultrafrias, para ser mais preciso. Um estudo de caso nesse sentido é Criogenia Danaher, projetista e fabricante com sede nos EUA de sistemas criostatos sub-Kelvin integrados para diversas aplicações em pesquisa científica e P&D industrial. Com sede em Boulder, Colorado, a start-up de tecnologia criada há dois anos estabeleceu um padrão elevado para si mesma no regime de temperaturas ultrabaixas, evidenciado por uma declaração de missão de “perseguir o quase impossível com soluções elegantes e clássicas para otimizar desempenho criogênico – do conceito inicial à fruição”.

Se essa é a história por trás, e os detalhes? No centro do modelo de negócios da Danaher Cryo estão a colaboração e a inovação criogênica – parcerias com os principais fornecedores de tecnologia e usuários finais. “O que me orgulha – e o que buscamos aqui – é ser muito mais do que um fornecedor de equipamentos transacionais”, explica Charlie Danaher, presidente e fundador da Danaher Cryo. Simplificando: o objetivo de Danaher e seus colegas é o desenvolvimento colaborativo de produtos, “para descobrir o que os clientes precisam em um nível granular e então encontrar a solução de frio ideal em termos de design, desenvolvimento e implantação de criostatos”.

Colabore, inove, acelere

Em nível de manchete, a base de clientes em evolução da Danaher Cryo se divide em três grupos principais: grupos de pesquisa baseados em universidades; Laboratórios Nacionais dos EUA, incluindo o vizinho Laboratórios Boulder do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST); bem como empreiteiros aeroespaciais e de defesa nos EUA e em outros lugares.

“Estabelecemos uma reputação de trabalhar lado a lado com os clientes para atender aos seus requisitos abaixo de Kelvin em uma série de projetos científicos e de engenharia”, explica Danaher. Pense em casos de uso de ponta, como detectores de fóton único para radioastronomia; Experimentos de raios X e linhas de luz de nêutrons; e estudos de microscopia de varredura por sonda de supercondutores de alta temperatura.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher “Estabelecemos uma reputação de trabalhar lado a lado com os clientes para atender aos seus requisitos abaixo de Kelvin.” (Cortesia: Danaher Cryo)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

“Entre nossos mercados prioritários de crescimento está a cadeia de fornecimento de tecnologia quântica emergente”, acrescenta Danaher, “onde as temperaturas criogênicas são essenciais para pesquisa e desenvolvimento de materiais e desenvolvimento de dispositivos em sensoriamento quântico, redes quânticas e aplicações de computação quântica”.

Danaher, por sua vez, conhece bem a inovação colaborativa. Antes de lançar o Danaher Cryo em abril de 2022, ele passou 25 anos em funções sênior de desenvolvimento de produtos e engenharia em Serviços Técnicos Criogênicos (CTS) e Dispositivos de Alta Precisão (HPD) – ao longo do caminho trabalhando em estreita colaboração com uma série de clientes de primeira linha, como Boeing, Atômica Geral, Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Universidade de Harvard, NASA e NIST.

Essa mesma mentalidade voltada para o exterior informa a abordagem comercial da Danaher Cryo, principalmente quando se trata de parcerias tecnológicas. A principal delas é a ligação da empresa com Chase Research Criogenia (CRC), um fabricante especializado no Reino Unido de resfriadores de sorção capazes de gerar temperaturas abaixo de Kelvin (até <0.1 K). “A parceria estratégica com a CRC está em vigor há 18 meses”, diz Danaher, “com os resfriadores Chase servindo como um alicerce central em nossos sistemas criostatos sub-Kelvin totalmente integrados”.

Outro parceiro de destaque é Criogenia de Leiden, com a Danaher Cryo gerenciando as vendas de refrigeradores de diluição para a fabricante holandesa de equipamentos na América do Norte. “Não estamos apenas processando os pedidos de compra”, diz Danaher. “Facilitamos a instalação, comissionamento e aceitação dos produtos Leiden, bem como serviço contínuo e suporte de manutenção.”

Mais perto de casa, há uma colaboração tecnológica contínua com o NIST e o Universidade de Colorado Boulder (CU Boulder), com a Danaher Cryo posicionada como parceira exclusiva de comercialização do chamado crioresfriador de tubo de pulso Adaptive Cooling Technology (ACT). Embora os refrigeradores de tubo pulsado da geração atual sejam projetados especificamente para operação em estado estacionário e em temperatura base, o design ACT fornece ajuste dinâmico do desempenho de resfriamento – funcionalidade que é especialmente impactante durante a fase de resfriamento da operação.

Trabalhando por meio de um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento (CRADA), a Danaher Cryo agora tem uma opção exclusiva para licenciar a inovação da tecnologia ACT (recentemente patenteada pela CU Boulder). “Grandes sistemas criogênicos podem ter tempos de resfriamento que variam de alguns dias a mais de um mês”, diz Danaher. “O design do tubo de pulso ACT pode reduzir esses tempos em mais de 50% – uma proposta atraente em termos de eficiência de fluxo de trabalho e produtividade de P&D.” 

Tecnologias legais, ciência fria

Enquanto o sistema criogênico ACT está sendo preparado para lançamento comercial completo no segundo semestre de 2025, a Danaher Cryo já oferece um portfólio abrangente de sistemas criostatos de resfriamento contínuo e de disparo único – um portfólio de produtos que será apresentado no Reunião de março da American Physical Society (APS) em Minneapolis, MN, na próxima semana.

Os sistemas de resfriamento contínuo mantêm sua temperatura base indefinidamente e incluem o Pony (com capacidade de resfriamento abaixo de 825 mK), Bronco (<300 mK) e o Charger (totalmente integrado ao mini-refrigerador de diluição da CRC para resfriamento abaixo de 100 mK). . Os sistemas criostatos one-shot, por outro lado, fornecem resfriamento por tempo limitado por até 30 horas e compreendem o Colt (temperatura base de 850 mK), Palomino (300 mK) e o 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="Jogue com seus pontos fortes A nova suspensão Kevlar e estágio de amostra da Danaher Cryo podem ser incluídos em qualquer um dos sistemas criostatos de resfriamento contínuo ou de disparo único da empresa. (Cortesia: Danaher Cryo)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- abra-produtividade-ganhos-física-mundo-2.jpg”>

Significativamente, a equipe da Danaher Cryo realizou sua primeira instalação de cliente no início deste mês, com o criostato Pony instalado e aceito no Departamento de Energia dos EUA. Argonne National Laboratory nos arredores de Chicago. “O Pony combina resfriamento contínuo abaixo de Kelvin com facilidade de acesso à área fria e à amostra em teste”, explica Danaher.

Os cientistas da Argonne usarão o criostato para testar e caracterizar detectores de partículas de nanofios supercondutores para aplicações em física nuclear. “Devido ao grande espaço experimental do Pony, o sistema será usado no teste de wafers completos antes do corte em cubos”, observa Danaher. “Posteriormente, os wafers serão cortados em cubos e os chips selecionados implantados para experimentos de linhas de luz.”

A Danaher, por sua vez, também faz questão de destacar as vantagens do sistema Charger – principalmente, o resfriamento contínuo de 100 mK “sem os incômodos” normalmente associados aos refrigeradores de diluição. “Estamos explorando o subsistema Diluidor Miniatura Contínuo (CMD) da CRC”, explica ele. O CMD é um refrigerador pequeno e independente que requer apenas alguns litros de gás hélio. Não há necessidade de qualquer manuseio externo de gás, o que, por sua vez, elimina a manutenção necessária para as bombas e reduz as chances de perda dispendiosa de gás.

“Por extensão”, acrescenta Danaher, “o criostato Charger requer menos de 1 m² de espaço de laboratório – sem contar o sistema de controle compacto – enquanto normalmente a maioria dos refrigeradores de diluição consumiria mais que o dobro.”

Enquanto isso, internamente, a inovação contínua de produtos continua sendo a prioridade para Danaher e seu designer-chefe de criostatos, Bryan Schiffner. Pensando nisso, uma nova suspensão de Kevlar que pode ser incluída em qualquer criostato da empresa também será apresentada na Reunião de Março da APS. Simplificando, a suspensão de Kevlar é integrada ao criostato para fornecer aos cientistas uma plataforma para instalar sua amostra ou montagem sob teste em temperatura fria, sem risco de danificar o resfriador de sorção de CRC.

“A suspensão de Kevlar suporta um estágio de amostragem que proporciona proximidade com o resfriador”, conclui Danaher. “Desta forma, podemos garantir que o criostato seja cientificamente útil graças a um estágio de amostragem robusto, durável e espaçoso.”

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