Ultralågtemperaturinnovation: integrerade kryostatsystem öppnar för produktivitetsvinster – 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="Coola saker Interiörvy av ponnykryostaten installerad på Argonne National Laboratory i februari. Ponnyn förser vetenskapliga användare med kontinuerlig sub-Kelvin-kylning och ett stort experimentutrymme som är bekvämt att öppna och stänga. (Med tillstånd: Danaher Cryo) ” title=”Klicka för att öppna bilden i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- open-up-productivity-gains-physics-world.jpg">

Medan vissa gillar det varmt, gillar andra att hålla saker kallt – ultrakallt för att vara exakt. En fallstudie i detta avseende är Danaher Cryogenics, den USA-baserade designern och tillverkaren av integrerade sub-Kelvin kryostatsystem för olika tillämpningar inom vetenskaplig forskning och industriell FoU. Baserat från Boulder, Colorado, har den två år gamla teknikstarten satt en hög ribban för sig själv i regimen med ultralåga temperaturer, vilket framgår av ett uppdrag att "sträva efter det nästan omöjliga med eleganta, klassiska lösningar för optimala kryogen prestanda – från initialt koncept till förverkligande”.

Om det är bakgrundshistorien, vad är det för detaljer? I centrum för Danaher Cryos affärsmodell är samarbete och kryogen innovation – partnerskap med nyckelleverantörer av teknologi och slutanvändare. "Det jag är stolt över - och vad vi strävar efter här - är att vara mycket mer än en leverantör av transaktionsutrustning", förklarar Charlie Danaher, VD och grundare av Danaher Cryo. Enkelt uttryckt: målet för Danaher och hans kollegor är gemensam produktutveckling, "att ta reda på vad kunder behöver på en granulär nivå och sedan komma med den optimala kyllösningen när det gäller kryostatdesign, utveckling och driftsättning".

Samarbeta, förnya, accelerera

På rubriknivå delas Danaher Cryos växande kundbas upp i tre centrala valkretsar: universitetsbaserade forskargrupper; US National Laboratories, inklusive de närliggande National Institute of Standards and Technology (NIST) Boulder Laboratories; samt flyg- och försvarsentreprenörer i USA och längre bort.

"Vi har etablerat ett rykte om att arbeta hand i hand med kunder för att möta deras sub-Kelvin-krav inom en rad vetenskapliga och tekniska projekt", förklarar Danaher. Tänk på banbrytande användningsfall som singelfotondetektorer för radioastronomi; röntgen- och neutronstrållinjeexperiment; och scanning-probe mikroskopi studier av hög temperatur supraledare.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher "Vi har etablerat ett rykte om att arbeta hand i hand med kunder för att möta deras sub-Kelvin-krav." (Med tillstånd: Danaher Cryo)” title=”Klicka för att öppna bilden i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

"Bland våra prioriterade tillväxtmarknader är den framväxande kvantteknologiska försörjningskedjan," tillägger Danaher, "där kryogena temperaturer är avgörande för material FoU och utveckling av enheter inom kvantavkänning, kvantnätverk och kvantberäkningstillämpningar."

Danaher å sin sida är inte främmande för samverkande innovation. Innan han lanserade Danaher Cryo i april 2022 tillbringade han 25 år i senior produktutvecklings- och ingenjörsroller på Cryogenic Technical Services (CTS) och High Precision Devices (HPD) – längs vägen i nära samarbete med en rad toppkunder som t.ex. Boeing, Allmän Atomik, Lawrence Livermore National Laboratory, Harvard University, NASA och NIST.

Samma utåtriktade tänkesätt informerar om det kommersiella förhållningssättet hos Danaher Cryo, inte minst när det gäller teknikpartnerskap. Främst bland dem är företagets koppling till Chase Research Cryogenics (CRC), en brittisk specialisttillverkare av sorptionskylare som kan generera temperaturer under Kelvin (även ner till <0.1 K). "Det strategiska partnerskapet med CRC har varit på plats i 18 månader", säger Danaher, "med Chase-kylarna som fungerar som en central byggsten i våra helt integrerade sub-Kelvin-kryostatsystem."

En annan högprofilerad partner är Leiden Cryogenics, med Danaher Cryo som hanterar utspädningskylskåpförsäljning för den holländska utrustningstillverkaren tvärs över Nordamerika. "Vi behandlar inte bara inköpsorder", säger Danaher. "Vi underlättar installation, driftsättning och acceptans av Leiden-produkter, såväl som löpande service och underhållsstöd."

Närmare hemmet finns ett pågående tekniksamarbete med NIST och University of Colorado Boulder (CU Boulder), med Danaher Cryo positionerad som exklusiv kommersialiseringspartner för den så kallade Adaptive Cooling Technology (ACT) pulsrörskryokylaren. Medan den nuvarande generationens pulsrörskylskåp är speciellt designade för drift i stabilt tillstånd, bastemperatur, ger ACT-designen dynamisk inställning av kylprestanda – funktionalitet som är särskilt effektiv under nedkylningsfasen.

Genom att arbeta via ett Cooperative Research and Development Agreement (CRADA), har Danaher Cryo nu en exklusiv möjlighet att licensiera ACT-teknologiinnovationen (nyligen patenterad av CU Boulder). "Stora kryogena system kan ha nedkylningstider som sträcker sig från ett par dagar till mer än en månad", säger Danaher. "ACT-pulsrörsdesignen kan minska dessa tider med mer än 50 % – ett övertygande förslag när det gäller arbetsflödeseffektivitet och FoU-produktivitet." 

Cool teknik, kall vetenskap

Medan det kryogena ACT-systemet håller på att ställas upp för fullständig kommersiell lansering under andra halvan av 2025, erbjuder Danaher Cryo redan en omfattande portfölj av kontinuerlig kylning och engångs-kryostatsystem – en produktportfölj som kommer att visas upp på American Physical Society (APS) marsmöte i Minneapolis, MN, nästa vecka.

De kontinuerliga kylsystemen bibehåller sin bastemperatur på obestämd tid och består av ponnyn (med en kylförmåga ner till under 825 mK), Bronco (<300 mK) och laddaren (helt integrerad med CRC:s miniutspädningskylskåp för kylning till under 100 mK) . One-shot kryostatsystemen, å andra sidan, ger tidsbegränsad kylning i upp till 30 timmar och omfattar Colt (850 mK bastemperatur), Palomino (300 mK) och 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="Spela till dina styrkor Danaher Cryos nya Kevlar-upphängning och provsteg kan inkluderas i vilket som helst av företagets kontinuerliga kylnings- eller one-shot kryostatsystem. (Med tillstånd: Danaher Cryo)” title=”Klicka för att öppna bilden 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">

Betecknande nog, Danaher Cryo-teamet satte upp sin första kundinstallation tidigare denna månad, med Pony-kryostaten installerad och accepterad av det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory i utkanten av Chicago. "Ponnyn kombinerar kontinuerlig sub-Kelvin-kylning med enkel åtkomst till det kalla området och prov-under-test", förklarar Danaher.

Argonne-forskare kommer att använda kryostaten för att testa och karakterisera supraledande nanotrådpartikeldetektorer för tillämpningar inom kärnfysik. "På grund av ponnyns stora experimentutrymme kommer systemet att användas vid testning av fulla wafers innan tärning," konstaterar Danaher. "Sedan kommer skivorna att tärnas och de utvalda chipsen distribueras för strållinjeexperiment."

Danaher å sin sida är också angelägen om att lyfta fram fördelarna med Charger-systemet - främst kontinuerlig 100 mK kylning "utan krångel" som vanligtvis förknippas med utspädningskylskåp. "Vi utnyttjar CRC:s Continuous Miniature Dilutor (CMD) subsystem", förklarar han. CMD är ett litet, fristående kylskåp som bara kräver några få liter heliumgas. Det finns inget behov av någon extern gashantering vilket i sin tur eliminerar den service som krävs för pumpar och minskar risken för dyr gasförlust.

"I förlängningen", tillägger Danaher, "kräver Charger-kryostaten mindre än 1 m² av labbutrymme – det kompakta kontrollsystemet inte räknat – medan de flesta utspädningskylskåp vanligtvis skulle förbruka mer än dubbelt så mycket.”

Internt förblir kontinuerlig produktinnovation prioritet för Danaher och hans chefskryostatdesigner Bryan Schiffner. Med detta i åtanke kommer en ny Kevlar-upphängning som kan ingå i vilken som helst av företagets kryostater också att presenteras vid APS March Meeting. Enkelt uttryckt är Kevlar-upphängningen integrerad i kryostaten för att ge forskare en plattform för att installera sitt prov eller montering under test vid den kalla temperaturen utan att riskera att skada CRC-sorptionskylaren.

"Kevlar-upphängningen stöder ett provsteg som ger närhet till kylaren", avslutar Danaher. "På detta sätt kan vi säkerställa att kryostaten är vetenskapligt användbar tack vare ett robust, hållbart och rymligt provsteg."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/