الابتكار في درجات الحرارة المنخفضة للغاية: أنظمة ناظم البرد المتكاملة تفتح المجال أمام مكاسب الإنتاجية - عالم الفيزياء

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/02/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world.jpg" data-caption="أشياء رائعة منظر داخلي لجهاز ناظم البرد Pony الذي تم تركيبه في مختبر أرجون الوطني في فبراير. يوفر The Pony للمستخدمين العلميين تبريدًا مستمرًا دون درجة كلفن ومساحة تجريبية كبيرة ملائمة للفتح والإغلاق. (بإذن من: Danaher Cryo) ” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/02/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- منفتح-مكاسب الإنتاجية-الفيزياء-world.jpg”>

في حين أن البعض يفضلها ساخنة، فإن البعض الآخر يفضل إبقاء الأشياء باردة - شديدة البرودة على وجه الدقة. دراسة حالة في هذا الصدد هي داناهر كريوجينيكس، المصمم والمصنع ومقره الولايات المتحدة لأنظمة ناظم البرد المتكاملة تحت درجة كلفن لتطبيقات متنوعة في البحث العلمي والبحث والتطوير الصناعي. مقرها في بولدر، كولورادو، وضعت شركة التكنولوجيا الناشئة التي يبلغ عمرها عامين معيارًا عاليًا لنفسها في نظام درجات الحرارة المنخفضة للغاية، كما يتضح من بيان المهمة المتمثل في "السعي وراء ما هو شبه مستحيل من خلال حلول كلاسيكية أنيقة للحصول على أفضل النتائج". الأداء المبرد – من المفهوم الأولي إلى الثمار”.

إذا كانت هذه هي القصة الخلفية، فماذا عن التفاصيل؟ إن أهم ما يميز نموذج أعمال Danaher Cryo هو التعاون والابتكار المبرد - الشراكة مع موردي التكنولوجيا الرئيسيين والمستخدمين النهائيين على حد سواء. يوضح تشارلي داناهر، رئيس ومؤسس Danaher Cryo، "ما أفتخر به - وما نسعى لتحقيقه هنا - هو أن نكون أكثر من مجرد بائع معدات للمعاملات". ببساطة: هدف Danaher وزملائه هو تطوير المنتجات بشكل تعاوني، "لمعرفة ما يحتاجه العملاء على مستوى تفصيلي ومن ثم التوصل إلى الحل البارد الأمثل من حيث تصميم ناظم البرد وتطويره ونشره".

التعاون والابتكار والتسريع

على المستوى الرئيسي، تنقسم قاعدة عملاء Danaher Cryo المتطورة إلى ثلاث مجموعات أساسية: مجموعات البحث الجامعية؛ المختبرات الوطنية الأمريكية، بما في ذلك القريبة المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) مختبرات بولدر; بالإضافة إلى مقاولي الطيران والدفاع في الولايات المتحدة وخارجها.

"لقد اكتسبنا سمعة طيبة في العمل جنبًا إلى جنب مع العملاء لتلبية متطلباتهم دون كلفن عبر مجموعة من المشاريع العلمية والهندسية،" يوضح Danaher. فكر في حالات الاستخدام المتطورة مثل أجهزة الكشف أحادية الفوتون لعلم الفلك الراديوي؛ تجارب الأشعة السينية وخط شعاع النيوترونات؛ والدراسات المجهرية بمسبار المسح للموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg" data-caption="تشارلي داناهر "لقد أنشأنا سمعة طيبة للعمل جنبًا إلى جنب مع العملاء لتلبية متطلباتهم دون كلفن." (بإذن من: Danaher Cryo)” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/web-Charlie_Edited-103.jpg”>

ويضيف داناهر: "من بين أسواق النمو ذات الأولوية لدينا سلسلة توريد التكنولوجيا الكمومية الناشئة، حيث تعد درجات الحرارة المبردة ضرورية للبحث والتطوير في المواد وتطوير الأجهزة في الاستشعار الكمي والشبكات الكمومية وتطبيقات الحوسبة الكمومية."

داناهر، من جانبه، ليس غريبا على الابتكار التعاوني. قبل إطلاق Danaher Cryo في أبريل 2022، أمضى 25 عامًا في مناصب عليا في مجال تطوير المنتجات والهندسة في شركة Cryogenic Technical Services (CTS) والأجهزة عالية الدقة (HPD) - وعلى طول الطريق عمل بشكل وثيق مع مجموعة من العملاء من الدرجة الأولى مثل بوينغ, ذرات عامة, مختبر لورنس ليفرمور الوطني, جامعة هارفارد, وكالة ناسا و المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

نفس العقلية المنفتحة على الخارج هي التي تشكل النهج التجاري في Danaher Cryo، وخاصة عندما يتعلق الأمر بالشراكات التكنولوجية. وأهم هذه الأمور هو ارتباط الشركة مع تشيس البحوث المبردة (CRC)، شركة تصنيع بريطانية متخصصة في مبردات الامتصاص القادرة على توليد درجات حرارة أقل من كلفن (حتى أقل من 0.1 كلفن). يقول Danaher: "إن الشراكة الإستراتيجية مع CRC قائمة منذ 18 شهرًا، حيث تعمل مبردات Chase بمثابة لبنة بناء أساسية ضمن أنظمة ناظم البرد المدمجة بالكامل لدينا والتي تقل درجة حرارتها عن درجة كلفن."

شريك آخر رفيع المستوى هو ليدن كريوجينيكس، مع إدارة Danaher Cryo لمبيعات الثلاجات المخففة لشركة تصنيع المعدات الهولندية في جميع أنحاء أمريكا الشمالية. يقول داناهر: "نحن لا نقوم فقط بمعالجة طلبات الشراء". "نحن نسهل تركيب منتجات Leiden وتشغيلها وقبولها، بالإضافة إلى دعم الخدمة والصيانة المستمرة."

بالقرب من المنزل، هناك تعاون تكنولوجي مستمر مع NIST و جامعة كولورادو بولدر (CU Boulder)، مع Danaher Cryo كشريك تجاري حصري لما يسمى المبرد الأنبوبي النبضي بتقنية التبريد التكيفية (ACT). في حين أن الجيل الحالي من الثلاجات الأنبوبية النبضية مصممة خصيصًا للتشغيل في حالة ثابتة ودرجة الحرارة الأساسية، فإن تصميم ACT يوفر ضبطًا ديناميكيًا لأداء التبريد - وهي وظيفة تكون مؤثرة بشكل خاص أثناء مرحلة التبريد من التشغيل.

من خلال العمل من خلال اتفاقية البحث والتطوير التعاوني (CRADA)، أصبح لدى Danaher Cryo الآن خيار حصري لترخيص ابتكار تكنولوجيا ACT (الذي حصلت CU Boulder على براءة اختراعه مؤخرًا). يقول داناهير: "يمكن أن تتمتع الأنظمة المبردة الكبيرة بأوقات تبريد تتراوح بين يومين إلى أكثر من شهر". "يمكن لتصميم أنبوب النبض ACT أن يقلل تلك الأوقات بأكثر من 50% - وهو اقتراح مقنع من حيث كفاءة سير العمل وإنتاجية البحث والتطوير." 

تقنيات رائعة، وعلم بارد

بينما يتم إعداد نظام التبريد ACT للإصدار التجاري الكامل في النصف الثاني من عام 2025، تقدم Danaher Cryo بالفعل مجموعة شاملة من أنظمة التبريد المستمر وأنظمة التبريد ذات الدفعة الواحدة - وهي مجموعة منتجات سيتم عرضها في المعرض اجتماع مارس للجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS). في مينيابوليس، مينيسوتا، الأسبوع المقبل.

تحافظ أنظمة التبريد المستمر على درجة حرارتها الأساسية إلى أجل غير مسمى وتشتمل على Pony (مع قدرة تبريد تصل إلى أقل من 825 مللي كلفن)، وبرونكو (<300 مللي كلفن) والشاحن (مدمج بالكامل مع ثلاجة التخفيف الصغيرة من CRC للتبريد إلى أقل من 100 مللي كلفن) . من ناحية أخرى، توفر أنظمة ناظم البرد ذات الطلقة الواحدة تبريدًا محدودًا لمدة تصل إلى 30 ساعة وتشتمل على كولت (درجة حرارة أساسية 850 م ك)، وبالومينو (300 م ك) وموستانج (200 م ك).

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/02/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains-physics-world-2.jpg" data-caption="لعب لقوتك يمكن تضمين نظام التعليق Kevlar الجديد ومرحلة العينة من Danaher Cryo في أي من أنظمة التبريد المستمر أو أنظمة ناظم البرد الخاصة بالشركة. (بإذن من: Danaher Cryo)” title=”انقر لفتح الصورة في النافذة المنبثقة” href=”https://platoaistream.net/wp-content/uploads/2024/02/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems- الانفتاح-مكاسب الإنتاجية-الفيزياء-العالم-2.jpg”>

ومن الجدير بالذكر أن فريق Danaher Cryo قد قام بتركيب أول عميل له في وقت سابق من هذا الشهر، مع تركيب جهاز ناظم التبريد Pony وقبوله في وزارة الطاقة الأمريكية. مختبر أرجون الوطني على مشارف شيكاغو. يوضح داناهير: "يجمع جهاز Pony بين التبريد المستمر دون درجة كلفن وسهولة الوصول إلى المنطقة الباردة والعينة قيد الاختبار".

سيستخدم علماء أرجون ناظم البرد لاختبار وتوصيف كاشفات الجسيمات فائقة التوصيل ذات الأسلاك النانوية لتطبيقات في الفيزياء النووية. "نظرًا للمساحة التجريبية الكبيرة لـ Pony، سيتم استخدام النظام في اختبار الرقائق الكاملة قبل تقطيعها إلى مكعبات،" يشير Danaher. "بعد ذلك، سيتم تقطيع الرقائق إلى مكعبات ونشر الرقائق المختارة لتجارب خط الشعاع."

يحرص Danaher، من جانبه، أيضًا على تسليط الضوء على الجوانب الإيجابية لنظام الشاحن - بشكل أساسي، التبريد المستمر بقدرة 100 مللي كلفن "بدون متاعب" المرتبطة عادةً بثلاجات التخفيف. ويوضح قائلاً: "إننا نستغل النظام الفرعي للمخفف المصغر المستمر (CMD) الخاص بـ CRC". CMD عبارة عن ثلاجة صغيرة قائمة بذاتها ولا تتطلب سوى بضعة لترات من غاز الهيليوم. ليست هناك حاجة لأي معالجة خارجية للغاز مما يؤدي بدوره إلى إلغاء الخدمة المطلوبة للمضخات ويقلل من فرص فقدان الغاز باهظ الثمن.

يضيف داناهر: "بالإضافة إلى ذلك، يتطلب منظم التبريد الخاص بالشاحن أقل من متر واحد² من مساحة المختبر - دون احتساب نظام التحكم المدمج - في حين أن معظم ثلاجات التخفيف عادةً ما تستهلك أكثر من ضعف ذلك.

وفي الوقت نفسه، يظل الابتكار المستمر للمنتج داخل الشركة هو الأولوية بالنسبة إلى Danaher وكبير مصممي أجهزة التبريد لديه، براين شيفنر. مع أخذ هذا في الاعتبار، سيتم أيضًا الكشف عن نظام تعليق Kevlar جديد يمكن تضمينه في أي من أجهزة التبريد الخاصة بالشركة في اجتماع APS March. وببساطة، تم دمج نظام التعليق كيفلر داخل ناظم البرد لمنح العلماء منصة لتثبيت العينة أو التجميع تحت الاختبار في درجة الحرارة الباردة دون المخاطرة بإتلاف مبرد الامتصاص CRC.

ويخلص داناهر إلى أن "نظام التعليق كيفلار يدعم مرحلة العينة التي توفر القرب من المبرد". "وبهذه الطريقة، يمكننا التأكد من أن ناظم البرد مفيد علميًا بفضل مرحلة العينات القوية والمتينة والواسعة."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/ultralow-temperature-innovation-integrated-cryostat-systems-open-up-productivity-gains/