Inovacija pri ultranizkih temperaturah: integrirani sistemi kriostata omogočajo povečanje produktivnosti – 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="Kul stvari Interior view of the Pony cryostat installed at Argonne National Laboratory in February. The Pony provides scientific users with continuous sub-Kelvin cooling and a large experimental space that is convenient to open and close. (Courtesy: Danaher Cryo) ” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world.jpg”>

Medtem ko imajo nekateri radi vroče, drugi radi ohranjajo stvari hladne – natančneje ultrahladne. Študija primera v zvezi s tem je Danaher Cryogenics, ameriški oblikovalec in proizvajalec integriranih sub-Kelvinovih kriostatskih sistemov za različne aplikacije v znanstvenih raziskavah in industrijskih raziskavah in razvoju. Dve leti staro tehnološko zagonsko podjetje s sedežem v mestu Boulder v Koloradu si je postavilo visoko lestvico v režimu ultranizkih temperatur, kar dokazuje izjava o poslanstvu, da »sledi skoraj nemogočemu z elegantnimi, klasičnimi rešitvami za optimalno kriogena zmogljivost – od začetnega koncepta do uresničitve«.

Če je to zgodba v ozadju, kaj pa podrobnosti? V središču poslovnega modela Danaher Cryo sta sodelovanje in kriogene inovacije – partnerstvo s ključnimi dobavitelji tehnologije in končnimi uporabniki. »Na kar sem ponosen – in k čemur si tu prizadevamo – je biti veliko več kot le prodajalec transakcijske opreme,« pojasnjuje Charlie Danaher, predsednik in ustanovitelj Danaher Cryo. Preprosto povedano: cilj Danaherja in njegovih kolegov je skupen razvoj izdelkov, "ugotoviti, kaj stranke potrebujejo na podrobni ravni, in nato pripraviti optimalno hladno rešitev v smislu oblikovanja, razvoja in uvajanja kriostata".

Sodelujte, inovirajte, pospešujte

Na ravni naslova se razvijajoča baza strank Danaher Cryo razdeli na tri osrednje skupine: raziskovalne skupine na univerzah; Nacionalni laboratoriji ZDA, vključno z bližnjimi Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST) Boulder Laboratories; kot tudi vesoljski in obrambni izvajalci v ZDA in drugod.

»Ustvarili smo sloves, da delamo z roko v roki s strankami, da bi izpolnili njihove zahteve pod Kelvinom v številnih znanstvenih in inženirskih projektih,« pojasnjuje Danaher. Pomislite na vrhunske primere uporabe, kot so enofotonski detektorji za radijsko astronomijo; Eksperimenti z rentgenskimi žarki in nevtronskim žarkom; in študije visokotemperaturnih superprevodnikov z vrstično mikroskopijo.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Ustvarili smo sloves, da delamo z roko v roki s strankami, da bi izpolnili njihove zahteve pod Kelvinom." (Z dovoljenjem: Danaher Cryo)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Med našimi prednostnimi rastočimi trgi je nastajajoča dobavna veriga kvantne tehnologije," dodaja Danaher, "kjer so kriogene temperature bistvene za raziskave in razvoj materialov ter razvoj naprav v aplikacijah kvantnega zaznavanja, kvantnega mreženja in kvantnega računalništva."

Danaherju pa sodelovalne inovacije niso tuje. Pred lansiranjem Danaher Cryo aprila 2022 je bil 25 let na vodilnih vlogah pri razvoju izdelkov in inženiringu pri Cryogenic Technical Services (CTS) in High Precision Devices (HPD) – ob tem je tesno sodeloval z vrsto vrhunskih strank, kot je npr. Boeing, Splošna atomatika, Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore, Harvard University, NASA in NIST.

Ta ista miselnost, obrnjena navzven, vpliva na komercialni pristop pri Danaher Cryo, ne nazadnje ko gre za tehnološka partnerstva. Glavna med njimi je povezava podjetja z Chase Research Cryogenics (CRC), specializiranega britanskega proizvajalca sorpcijskih hladilnikov, ki lahko ustvarijo temperature pod Kelvini (tudi do <0.1 K). "Strateško partnerstvo s CRC je vzpostavljeno že 18 mesecev," pravi Danaher, "s hladilniki Chase, ki služijo kot osrednji gradnik v naših popolnoma integriranih sistemih kriostatov pod Kelvinom."

Drugi odmevni partner je Leiden Cryogenics, z Danaher Cryo, ki upravlja prodajo hladilnikov za redčenje za nizozemskega proizvajalca opreme po vsej Severni Ameriki. »Ne obdelujemo samo naročilnic,« pravi Danaher. "Olajšamo namestitev, zagon in sprejem izdelkov Leiden, kot tudi stalno servisno in vzdrževalno podporo."

Bližje domu je stalno tehnološko sodelovanje z NIST in Univerza v Koloradu Boulder (CU Boulder), pri čemer je Danaher Cryo postavljen kot ekskluzivni komercializacijski partner za tako imenovani kriohladilnik s pulzno cevjo Adaptive Cooling Technology (ACT). Medtem ko so hladilniki s pulzno cevjo trenutne generacije posebej zasnovani za delovanje v ustaljenem stanju pri osnovni temperaturi, zasnova ACT zagotavlja dinamično uravnavanje hladilne zmogljivosti – funkcionalnost, ki je še posebej pomembna v fazi ohlajanja delovanja.

Danaher Cryo, ki deluje prek sporazuma o sodelovanju pri raziskavah in razvoju (CRADA), ima zdaj ekskluzivno možnost licenciranja tehnološke inovacije ACT (ki jo je nedavno patentiral CU Boulder). »Veliki kriogenski sistemi imajo lahko čas ohlajanja od nekaj dni do več kot mesec dni,« pravi Danaher. »Zasnova impulzne cevi ACT lahko te čase skrajša za več kot 50 % – prepričljiv predlog v smislu učinkovitosti delovnega toka in produktivnosti raziskav in razvoja.« 

Kul tehnologije, hladna znanost

Medtem ko se kriogeni sistem ACT pripravlja za popolno komercialno izdajo v drugi polovici leta 2025, Danaher Cryo že ponuja obsežen portfelj neprekinjenega hlajenja in enkratnih kriostatskih sistemov – portfelj izdelkov, ki bo predstavljen na Marčevsko srečanje Ameriškega fizičnega društva (APS). v Minneapolisu, MN, naslednji teden.

Sistemi neprekinjenega hlajenja ohranjajo svojo osnovno temperaturo za nedoločen čas in vključujejo Pony (z zmogljivostjo hlajenja pod 825 mK), Bronco (<300 mK) in polnilnik (popolnoma integriran z mini hladilnikom za redčenje CRC za hlajenje pod 100 mK) . Enkratni kriostatski sistemi pa zagotavljajo časovno omejeno hlajenje do 30 ur in vključujejo Colt (osnovna temperatura 850 mK), Palomino (300 mK) in 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="Igrajte po svojih močeh Danaher Cryo’s new Kevlar suspension and sample stage can be included in any of the company’s continuous-cooling or one-shot cryostat systems. (Courtesy: Danaher Cryo)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg”>

Pomembno je, da je ekipa Danaher Cryo v začetku tega meseca izvedla svojo prvo namestitev za stranke, pri čemer je bil kriostat Pony nameščen in sprejet na ministrstvu za energijo ZDA. Argonne National Laboratory na obrobju Chicaga. "Pony združuje neprekinjeno hlajenje pod Kelvini z enostavnim dostopom do hladnega območja in vzorca v testu," pojasnjuje Danaher.

Argonnski znanstveniki bodo uporabili kriostat za testiranje in karakterizacijo superprevodnih nanožičnih detektorjev delcev za aplikacije v jedrski fiziki. "Zaradi velikega eksperimentalnega prostora Ponyja bo sistem uporabljen pri testiranju polnih rezin pred rezanjem na kocke," ugotavlja Danaher. "Pozneje bodo rezine narezane na kocke in izbrani čipi uporabljeni za eksperimente s svetlobnimi žarki."

Danaher s svoje strani prav tako želi poudariti prednosti sistema Charger – predvsem neprekinjeno 100 mK hlajenje »brez težav«, ki je običajno povezano s hladilniki za redčenje. »Izkoriščamo CRC-jev podsistem Continuous Miniature Dilutor (CMD),« pojasnjuje. CMD je majhen, samostojen hladilnik, ki potrebuje le nekaj litrov plina helija. Ni potrebe po zunanjem ravnanju s plinom, kar posledično odpravlja potreben servis za črpalke in zmanjšuje možnosti dragih izgub plina.

»Razširjeno,« dodaja Danaher, »kriostat Charger potrebuje manj kot 1 m² laboratorijskega prostora – brez štetja kompaktnega nadzornega sistema – medtem ko bi običajno večina hladilnikov za redčenje porabila več kot dvakrat toliko.«

Interne inovacije medtem ostajajo prednostna naloga Danaherja in njegovega glavnega oblikovalca kriostata Bryana Schiffnerja. S tem v mislih bo na marčevskem srečanju APS predstavljeno tudi novo vzmetenje iz kevlarja, ki ga je mogoče vključiti v kateri koli kriostat podjetja. Preprosto povedano, vzmetenje iz kevlarja je integrirano v kriostat, da daje znanstvenikom platformo za namestitev njihovega vzorca ali sklopa, ki se testira, pri nizki temperaturi, ne da bi tvegali poškodbe sorpcijskega hladilnika CRC.

"Kevlar vzmetenje podpira vzorčno stopnjo, ki zagotavlja neposredno bližino hladilnika," zaključuje Danaher. "Na ta način lahko zagotovimo, da je kriostat znanstveno uporaben zahvaljujoč robustnemu, vzdržljivemu in prostornemu odru za vzorčenje."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/