超低温创新：集成低温恒温器系统提高生产力 – 物理世界

<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="很酷的东西 二月份安装在阿贡国家实验室的 Pony 低温恒温器的内部视图。 Pony为科学用户提供持续的亚开尔文冷却和方便开关的大型实验空间。 （由 Danaher Cryo 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-temper-innovation-integrated-cryostat-systems-开放-生产力-增益-物理-世界.jpg”>

有些人喜欢热，而另一些人则喜欢保持冷——准确地说是超冷。这方面的一个案例研究是 丹纳赫低温公司是一家总部位于美国的集成亚开尔文低温恒温器系统的设计者和制造商，其产品适用于科学研究和工业研发的多种应用。这家成立两年的科技初创公司总部位于科罗拉多州博尔德，在超低温环境下为自己设定了很高的标准，其使命宣言就是“用优雅、经典的解决方案追求近乎不可能的事物，以实现最佳的效果”。低温性能——从最初的概念到成果”。

如果这是背景故事，那么具体情况又如何呢？丹纳赫冷冻业务模式的核心是协作和低温创新——与关键技术供应商和最终用户等合作。 “我感到自豪的——也是我们在这里努力的目标——不仅仅是一个交易设备供应商，”Danaher Cryo 总裁兼创始人 Charlie Danaher 解释道。简而言之：丹纳赫和他的同事的目标是协作产品开发，“详细了解客户的需求，然后在低温恒温器设计、开发和部署方面提出最佳的冷解决方案”。

协作、创新、加速

从总体上看，Danaher Cryo 不断发展的客户群分为三个核心部分：大学研究小组；美国国家实验室，包括附近的 美国国家标准与技术研究院 (NIST) 博尔德实验室;以及美国和更远地区的航空航天和国防承包商。

“我们因与客户携手合作，满足他们在一系列科学和工程项目中的亚开尔文要求而建立了声誉，”丹纳赫解释道。考虑射电天文学的单光子探测器等尖端用例； X射线和中子束线实验；以及高温超导体的扫描探针显微镜研究。

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="查理丹纳赫 “我们因与客户携手合作以满足他们的亚开尔文要求而建立了声誉。” （由 Danaher Cryo 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://physicalsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

丹纳赫补充道：“我们的优先增长市场之一是新兴的量子技术供应链，其中低温对于量子传感、量子网络和量子计算应用中的材料研发和设备开发至关重要。”

就丹纳赫而言，他对协作创新并不陌生。在 2022 年 25 月推出 Danaher Cryo 之前，他在低温技术服务 (CTS) 和高精度设备 (HPD) 担任高级产品开发和工程职位 XNUMX 年，在此过程中与一系列顶级客户密切合作，例如 波音, 通用原子学, 劳伦斯利弗莫尔国家实验室, 哈佛大学, 美国航空航天局 和国家标准技术研究所。

同样的外向思维也体现在 Danaher Cryo 的商业方法上，尤其是在技术合作伙伴关系方面。其中最主要的是该公司与 蔡斯研究低温学 (CRC)，一家英国专业吸附式冷却器制造商，能够产生亚开尔文温度（甚至低至 <0.1 K）。 “与 CRC 的战略合作伙伴关系已经建立了 18 个月，”Danaher 说道，“Chase 冷却器是我们完全集成的亚开尔文低温恒温器系统的核心构建模块。”

另一个备受瞩目的合作伙伴是 莱顿低温公司，丹纳赫冷冻机负责管理这家荷兰设备制造商在北美的稀释制冷机销售。 “我们不仅仅是处理采购订单，”丹纳赫说。 “我们促进莱顿产品的安装、调试和验收，以及持续的服务和维护支持。”

言归正传，与 NIST 和 科罗拉多大学博尔德分校 (CU Boulder)，Danaher Cryo 被定位为所谓的自适应冷却技术 (ACT) 脉冲管制冷机的独家商业化合作伙伴。虽然当前一代的脉冲管制冷机是专门为稳态、基础温度运行而设计的，但 ACT 设计提供了冷却性能的动态调整，该功能在运行的冷却阶段尤其有影响力。

通过合作研究与开发协议 (CRADA)，Danaher Cryo 现在拥有 ACT 技术创新许可的独家选择权（最近由 CU Boulder 获得专利）。 “大型低温系统的冷却时间从几天到一个多月不等，”丹纳赫说。 “ACT 脉冲管设计可以将这些时间缩短 50% 以上，这在工作流程效率和研发生产力方面是一个令人信服的主张。” 

酷技术、冷科学

虽然 ACT 低温系统预计将于 2025 年下半年全面商业发布，但 Danaher Cryo 已经提供了全面的连续冷却和一次性低温恒温器系统产品组合，该产品组合将在 美国物理学会 (APS) 三月会议 下周在明尼苏达州明尼阿波利斯举行。

连续冷却系统无限期地保持其基础温度，包括 Pony（冷却能力低于 825 mK）、Bronco（<300 mK）和 Charger（与 CRC 的迷你稀释制冷机完全集成，可冷却至 100 mK 以下） 。另一方面，一次性低温恒温器系统可提供长达 30 小时的限时冷却，包括 Colt（850 mK 基础温度）、Palomino（300 mK）和 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="发挥自己的优势 Danaher Cryo 的新型 Kevlar 悬架和样品台可包含在该公司的任何连续冷却或一次性低温恒温器系统中。 （由 Danaher Cryo 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/ultralow-Temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-开放-生产力-增益-物理-世界-2.jpg”>

值得注意的是，丹纳赫冷冻团队于本月初完成了首次客户安装，Pony 低温恒温器已在美国能源部安装并接受验收。 阿贡国家实验室 在芝加哥郊区。 “Pony 将连续的亚开尔文冷却与易于进入冷区和待测样品相结合，”丹纳赫解释道。

阿贡国家实验室的科学家将使用低温恒温器来测试和表征用于核物理应用的超导纳米线粒子探测器。 “由于 Pony 的实验空间很大，该系统将用于在切割之前测试整个晶圆，”丹纳赫指出。 “随后，晶圆将被切割，选定的芯片将被部署用于光束线实验。”

丹纳赫也热衷于强调 Charger 系统的优点，主要是连续 100 mK 冷却，“没有麻烦”通常与稀释制冷机相关。 “我们正在利用 CRC 的连续微型稀释器 (CMD) 子系统，”他解释道。 CMD 是一种小型独立冰箱，仅需要几升氦气。无需任何外部气体处理，从而消除了泵所需的维护并减少了昂贵的气体损失的机会。

“推而广之，”丹纳赫补充道，“Charger 低温恒温器需要不到 1 m² 的实验室空间（不包括紧凑的控制系统），而通常大多数稀释冰箱的消耗量是这个空间的两倍以上。”

与此同时，在内部，持续的产品创新仍然是丹纳赫及其首席低温恒温器设计师 Bryan Schiffner 的首要任务。考虑到这一点，可用于该公司任何低温恒温器的新型 Kevlar 悬架也将在 APS 三月会议上亮相。简而言之，Kevlar 悬架集成在低温恒温器内，为科学家提供了一个平台，可以在低温下安装样品或待测组件，而不会冒损坏 CRC 吸附冷却器的风险。

“凯夫拉尔悬架支撑着一个靠近冷却器的样品台，”丹纳赫总结道。 “通过这种方式，我们可以确保低温恒温器具有坚固、耐用且宽敞的样品台，具有科学用途。”

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