_ Marele frig cuantic : Oamenii de știință modifică frigiderul obișnuit de laborator pentru a se răci mai repede cu mai puțină energie

Prin modificarea unui frigider folosit în mod obișnuit atât în ​​cercetare, cât și în industrie, cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au redus drastic timpul și energia necesare pentru a răci materialele la câteva grade peste zero absolut.

Oamenii de știință spun că dispozitivul lor prototip, pe care lucrează acum să îl comercializeze împreună cu un partener industrial, ar putea economisi anual aproximativ 27 de milioane de wați de energie. , 30 de milioane de dolari în consum global de electricitate și suficientă apă de răcire pentru a umple 5.000 de piscine olimpice.

De la stabilizarea qubiților (unitatea de bază a informațiilor într-un computer cuantic) până la menținerea proprietăților supraconductoare ale materialelor și păstrarea NASA Telescopul spațial James Webb suficient de rece pentru a observa cerul, refrigerarea ultrarece este esențială pentru funcționarea multor dispozitive și senzori. Timp de zeci de ani, frigiderul cu tub cu puls (PTR) a fost dispozitivul cal de bătaie pentru atingerea unor temperaturi la fel de reci ca vidul din spațiul cosmic.

Aceste frigidere comprimă (încălzește) și extind (răce) în mod ciclic heliul de înaltă presiune. gaz pentru a obține „Big Chill”, în mare măsură analog cu modul în care un frigider de uz casnic folosește transformarea freonului din lichid în vapori pentru a elimina căldura. De mai bine de 40 de ani, PTR-ul și-a dovedit fiabilitatea, dar este și consumator de energie, consumând mai multă energie electrică decât orice altă componentă a unui experiment cu temperatură ultra-joasă.

Când cercetătorul NIST Ryan Snodgrass și colegii săi au luat La o privire mai atentă la frigider, ei au descoperit că producătorii au construit dispozitivul astfel încât să fie eficient din punct de vedere energetic doar la temperatura finală de funcționare de 4 kelvin (K), sau 4 grade peste zero absolut. Echipa a descoperit că aceste frigidere sunt extrem de ineficiente la temperaturi mai ridicate - o problemă mare, deoarece procesul de răcire începe la temperatura camerei.

În timpul unei serii de experimente, Snodgrass, împreună cu oamenii de știință NIST Joel Ullom, Vincent Kotsubo, și Scott Backhaus, au descoperit că, la temperatura camerei, heliul gazos era sub o presiune atât de mare încât o parte din el a fost manevrat printr-o supapă de siguranță în loc să fie folosit pentru răcire. Prin schimbarea conexiunilor mecanice dintre compresor și frigider, echipa s-a asigurat că niciunul din heliu nu va fi irosit, îmbunătățind foarte mult eficiența frigiderului.

În special, cercetătorii au ajustat continuu o serie de supape. care controlează cantitatea de heliu gazos care curge de la compresor la frigider. Oamenii de știință au descoperit că, dacă permiteau supapelor să aibă o deschidere mai mare la temperatura camerei și apoi le închideau treptat pe măsură ce se desfășoară răcirea, ar putea reduce timpul de răcire la jumătate și un sfert față de ceea ce este acum.

În prezent, oamenii de știință trebuie să aștepte o zi sau mai mult pentru ca noile circuite cuantice să fie suficient de reci pentru a fi testate. Deoarece progresul cercetării științifice poate fi limitat de timpul necesar pentru a atinge temperaturile criogenice, răcirea mai rapidă oferită de această tehnologie ar putea avea un impact general pe multe domenii, inclusiv calculul cuantic și alte domenii ale cercetării cuantice.

The tehnologia dezvoltată de echipa NIST ar putea, de asemenea, să permită oamenilor de știință să înlocuiască frigiderele mari cu tub cu puls cu altele mult mai mici, care necesită mai puțină infrastructură de sprijin, a spus Snodgrass.

Nevoia pentru aceste frigidere se va extinde foarte mult pe măsură ce cercetările privind calculul cuantic , împreună cu dependența sa de tehnologia criogenică, continuă să crească. PTR-ul modificat ar economisi o sumă mult mai mare de bani, energie electrică și apă de răcire. Pe lângă faptul că susține o economie cuantică în plină dezvoltare, dispozitivul ar accelera și cercetarea, deoarece oamenii de știință nu ar mai fi nevoiți să aștepte zile sau săptămâni pentru ca qubiții și alte componente cuantice să se răcească.

Lucrarea este publicată în revista Nature Communications.

Această poveste este republicată prin amabilitatea NIST. Citiți povestea originală aici.

(Fluierul)