Đổi mới nhiệt độ cực thấp: hệ thống điều hòa nhiệt độ tích hợp giúp tăng năng suất – Thế giới Vật lý

<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="Những thứ hay ho 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”>

Trong khi một số người thích trời nóng, những người khác lại thích giữ mọi thứ lạnh - chính xác là cực lạnh. Một trường hợp nghiên cứu về vấn đề này là Máy đông lạnh Danaher, nhà thiết kế và sản xuất hệ thống điều hòa nhiệt độ sub-Kelvin tích hợp có trụ sở tại Hoa Kỳ cho các ứng dụng đa dạng trong nghiên cứu khoa học và R&D công nghiệp. Có trụ sở tại Boulder, Colorado, công ty khởi nghiệp công nghệ hai năm tuổi này đã đặt ra tiêu chuẩn cao cho mình trong chế độ nhiệt độ cực thấp, được minh chứng bằng tuyên bố sứ mệnh “theo đuổi những điều gần như không thể bằng các giải pháp cổ điển, tinh tế để tối ưu hóa hiệu suất đông lạnh - từ ý tưởng ban đầu đến thành quả”.

Nếu đó là câu chuyện phía sau, thì chi tiết cụ thể là gì? Trọng tâm trong mô hình kinh doanh Danaher Cryo là sự hợp tác và đổi mới đông lạnh – hợp tác với các nhà cung cấp công nghệ quan trọng cũng như người dùng cuối. Charlie Danaher, chủ tịch và người sáng lập của Danaher Cryo, giải thích: “Điều tôi tự hào - và điều chúng tôi phấn đấu ở đây - không chỉ là một nhà cung cấp thiết bị giao dịch”. Nói một cách đơn giản: mục tiêu của Danaher và các đồng nghiệp của anh là hợp tác phát triển sản phẩm, “để tìm ra những gì khách hàng cần ở cấp độ chi tiết và sau đó đưa ra giải pháp làm lạnh tối ưu về thiết kế, phát triển và triển khai bộ điều hòa lạnh”.

Hợp tác, đổi mới, tăng tốc

Ở cấp độ tiêu đề, cơ sở khách hàng đang phát triển của Danaher Cryo được chia thành ba nhóm cử tri cốt lõi: các nhóm nghiên cứu ở trường đại học; Phòng thí nghiệm Quốc gia Hoa Kỳ, bao gồm cả các phòng thí nghiệm lân cận Phòng thí nghiệm Boulder của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST); cũng như các nhà thầu hàng không vũ trụ và quốc phòng ở Mỹ và xa hơn.

Danaher giải thích: “Chúng tôi đã tạo dựng được danh tiếng khi hợp tác chặt chẽ với khách hàng để đáp ứng các yêu cầu dưới Kelvin của họ trong nhiều dự án khoa học và kỹ thuật”. Hãy nghĩ đến các trường hợp sử dụng tiên tiến như máy dò photon đơn cho thiên văn vô tuyến; Thí nghiệm tia X và tia neutron; và nghiên cứu kính hiển vi thăm dò quét của chất siêu dẫn nhiệt độ cao.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="Charlie Danaher “Chúng tôi đã tạo dựng được danh tiếng khi hợp tác chặt chẽ với khách hàng để đáp ứng các yêu cầu dưới Kelvin của họ.” (Được phép: Danaher Cryo)” title=”Nhấp để mở hình ảnh trong cửa sổ bật lên” href=”https://phycsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

Danaher cho biết thêm: “Trong số các thị trường tăng trưởng ưu tiên của chúng tôi là chuỗi cung ứng công nghệ lượng tử mới nổi, nơi nhiệt độ đông lạnh rất cần thiết cho hoạt động R&D vật liệu và phát triển thiết bị trong các ứng dụng cảm biến lượng tử, mạng lượng tử và điện toán lượng tử”.

Về phần mình, Danaher không lạ gì với sự hợp tác đổi mới. Trước khi ra mắt Danaher Cryo vào tháng 2022 năm 25, ông đã có XNUMX năm giữ vai trò kỹ thuật và phát triển sản phẩm cấp cao tại Dịch vụ kỹ thuật đông lạnh (CTS) và Thiết bị chính xác cao (HPD) – đồng thời hợp tác chặt chẽ với nhiều khách hàng hàng đầu như Boeing, Nguyên tử chung, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Harvard University, NASA và NIST.

Chính tư duy hướng ngoại đó đã định hình cách tiếp cận thương mại tại Danaher Cryo, nhất là khi nói đến quan hệ đối tác công nghệ. Nổi bật trong số đó là sự hợp tác của công ty với Chase Nghiên cứu đông lạnh (CRC), nhà sản xuất máy làm mát hấp phụ chuyên nghiệp của Vương quốc Anh có khả năng tạo ra nhiệt độ dưới Kelvin (thậm chí xuống tới <0.1 K). Danaher cho biết: “Mối quan hệ đối tác chiến lược với CRC đã được thực hiện được 18 tháng, với các bộ làm mát Chase đóng vai trò là khối xây dựng cốt lõi trong các hệ thống điều hòa nhiệt độ phụ Kelvin tích hợp đầy đủ của chúng tôi”.

Một đối tác cao cấp khác là Leiden đông lạnh, với Danaher Cryo quản lý việc bán tủ lạnh pha loãng cho nhà sản xuất thiết bị Hà Lan trên khắp Bắc Mỹ. Danaher nói: “Chúng tôi không chỉ xử lý các đơn đặt hàng. “Chúng tôi tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành và nghiệm thu các sản phẩm Leiden cũng như hỗ trợ bảo trì và dịch vụ liên tục.”

Gần gũi hơn, có sự hợp tác công nghệ đang diễn ra với NIST và Đại học Colorado Boulder (CU Boulder), với Danaher Cryo được định vị là đối tác thương mại hóa độc quyền cho cái gọi là máy làm lạnh ống xung Công nghệ làm mát thích ứng (ACT). Trong khi các tủ lạnh ống xung thế hệ hiện tại được thiết kế đặc biệt để vận hành ở nhiệt độ cơ bản, ở trạng thái ổn định thì thiết kế ACT mang lại khả năng điều chỉnh linh hoạt hiệu suất làm mát – chức năng đặc biệt có tác động trong giai đoạn vận hành nguội.

Hoạt động thông qua Thỏa thuận hợp tác nghiên cứu và phát triển (CRADA), Danaher Cryo hiện có một lựa chọn độc quyền để cấp phép cho đổi mới công nghệ ACT (gần đây đã được CU Boulder cấp bằng sáng chế). Danaher cho biết: “Các hệ thống đông lạnh lớn có thể có thời gian hồi chiêu từ vài ngày đến hơn một tháng. “Thiết kế ống xung ACT có thể cắt giảm hơn 50% thời gian đó – một đề xuất hấp dẫn về hiệu quả quy trình làm việc và năng suất R&D.” 

Công nghệ hay, khoa học lạnh

Trong khi hệ thống đông lạnh ACT đang được xếp hàng để phát hành thương mại đầy đủ vào nửa cuối năm 2025, Danaher Cryo đã cung cấp một danh mục toàn diện về hệ thống làm lạnh liên tục và hệ thống đông lạnh một lần – một danh mục sản phẩm sẽ được trưng bày tại triển lãm Cuộc họp tháng 3 của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ (APS) ở Minneapolis, MN vào tuần tới.

Hệ thống làm mát liên tục duy trì nhiệt độ cơ bản vô thời hạn và bao gồm Pony (có khả năng làm lạnh xuống dưới 825 mK), Bronco (<300 mK) và Bộ sạc (tích hợp hoàn toàn với tủ lạnh pha loãng mini của CRC để làm mát xuống dưới 100 mK) . Mặt khác, hệ thống điều hòa lạnh một lần cung cấp khả năng làm mát trong thời gian giới hạn lên đến 30 giờ và bao gồm Colt (nhiệt độ cơ bản 850 mK), Palomino (300 mK) và 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="Phát huy sở trường của bạn 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”>

Điều đáng chú ý là nhóm Danaher Cryo đã tiến hành lắp đặt cho khách hàng đầu tiên vào đầu tháng này, với bộ điều hòa nhiệt độ Pony được lắp đặt và nghiệm thu tại Cơ quan của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Argonne National Laboratory ở ngoại ô Chicago. Danaher giải thích: “Pony kết hợp khả năng làm mát liên tục dưới Kelvin với khả năng dễ dàng tiếp cận khu vực lạnh và kiểm tra mẫu.

Các nhà khoa học Argonne sẽ sử dụng bộ điều nhiệt để kiểm tra và mô tả đặc tính của máy dò hạt dây nano siêu dẫn cho các ứng dụng trong vật lý hạt nhân. Danaher lưu ý: “Nhờ có không gian thử nghiệm rộng lớn của Pony, hệ thống sẽ được sử dụng để thử nghiệm các tấm bán dẫn đầy đủ trước khi thái hạt lựu. “Sau đó, các tấm bán dẫn sẽ được cắt nhỏ và các con chip được chọn sẽ được triển khai cho các thí nghiệm về đường truyền tia.”

Về phần mình, Danaher cũng muốn nêu bật những ưu điểm của hệ thống Sạc – chủ yếu là làm mát liên tục 100 mK “mà không gặp rắc rối” thường thấy ở tủ lạnh pha loãng. Ông giải thích: “Chúng tôi đang khai thác hệ thống con Bộ pha loãng thu nhỏ liên tục (CMD) của CRC. CMD là một tủ lạnh nhỏ, khép kín, chỉ cần vài lít khí heli. Không cần bất kỳ hoạt động xử lý khí bên ngoài nào, do đó, loại bỏ dịch vụ cần thiết cho máy bơm và giảm nguy cơ thất thoát khí tốn kém.

“Bằng cách mở rộng,” Danaher cho biết thêm, “bộ điều hòa nhiệt độ Bộ sạc yêu cầu ít hơn 1 m² không gian phòng thí nghiệm – không tính hệ thống điều khiển nhỏ gọn – trong khi thông thường hầu hết các tủ lạnh pha loãng sẽ tiêu thụ nhiều hơn gấp đôi số đó.”

Trong khi đó, việc đổi mới sản phẩm liên tục vẫn là ưu tiên hàng đầu của Danaher và nhà thiết kế bộ điều hòa nhiệt độ chính Bryan Schiffner của ông. Với suy nghĩ này, hệ thống treo Kevlar mới có thể được đưa vào bất kỳ máy điều hòa nhiệt độ nào của công ty cũng sẽ được ra mắt tại Cuộc họp tháng 3 của APS. Nói một cách đơn giản, hệ thống treo Kevlar được tích hợp bên trong bộ điều lạnh để cung cấp cho các nhà khoa học một nền tảng để lắp đặt mẫu hoặc thử nghiệm lắp ráp ở nhiệt độ lạnh mà không gây nguy cơ làm hỏng bộ làm mát hấp phụ CRC.

Danaher kết luận: “Hệ thống treo Kevlar hỗ trợ một giai đoạn mẫu mang lại sự gần gũi với bộ làm mát”. “Bằng cách này, chúng tôi có thể đảm bảo bộ điều lạnh có ích về mặt khoa học nhờ vào bệ mẫu chắc chắn, bền và rộng rãi.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/