ארה"ב: מדענים מהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארה"ב (NIST) טוענים כי הפחיתו באופן דרמטי את הזמן והאנרגיה הדרושים לקירור חומרים לטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט.
הם טוענים שאב-טיפוס המקרר שלהם יכול להוות ברכה לתעשיית הקוונטים המתפתחת, שעושה שימוש נרחב בחומרים קרים במיוחד. NIST אומרת שהיא עובדת כעת עם שותף תעשייתי ללא שם כדי למסחר את המקרר.
ההערכה היא שאב הטיפוס – שינוי של מקרר הצינורות הנפוץ בשימוש – יכול לחסוך כ-27,000,000W של כוח בשנה.
פרסום
קירור אולטרה-קר הוא חיוני לפעולתם של מכשירים וחיישנים רבים, מייצוב קיוביטים במחשב קוונטי לשמירה על תכונות מוליכות-על של חומרים ועד לקירור טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א.
במשך עשרות שנים, מקרר הצינורות הדופק (PTR) היה מכשיר סוס העבודה להשגת טמפרטורות קרות כמו הוואקום של החלל החיצון. מקררים אלה דוחסים באופן מחזורי ומרחיבים גז הליום בלחץ גבוה. ה-PTR הוכיח את האמינות שלו, אבל הוא גם זולל חשמל, צורך יותר חשמל מכל רכיב אחר של ניסוי בטמפרטורה נמוכה במיוחד.
כאשר חוקר NIST Ryan Snodgrass ועמיתיו בחנו מקרוב את המקרר, הם גילו שיצרנים בנו את המכשיר להיות יעיל באנרגיה רק בטמפרטורת הפעולה הסופית שלו של 4K. בטמפרטורות גבוהות יותר, ה-PTR אינו יעיל במיוחד – בעיה גדולה במהלך תהליך הקירור מטמפרטורת החדר.
במהלך סדרת ניסויים, Snodgrass, יחד עם מדעני NIST ג'ואל אולום, וינסנט קוצובו וסקוט בקהאוז, גילו שבטמפרטורת החדר, גז ההליום נמצא בלחץ כה גבוה עד שחלק ממנו הועבר דרך שסתום הקלה במקום לשמש אותו. הִתקָרְרוּת. על ידי שינוי החיבורים המכניים בין המדחס למקרר, הצוות הבטיח שאף אחד מההליום לא יתבזבז, ובכך שיפר מאוד את יעילות המקרר.
במיוחד, החוקרים התאימו ללא הרף סדרה של שסתומים השולטים בכמות גז ההליום שזורמת מהמדחס למקרר. המדענים גילו שאם יאפשרו לשסתומים לקבל פתח גדול יותר בטמפרטורת החדר ואז יסגרו אותם בהדרגה ככל שהקירור יתקדם, הם יכולים להפחית את זמן הקירור לחצי לרבע ממה שהוא עכשיו.
פרסום
נכון לעכשיו, מדענים צריכים לחכות יום או יותר עד שמעגלים קוונטיים חדשים יהיו קרים מספיק כדי לבדוק. מכיוון שניתן להגביל את ההתקדמות של המחקר המדעי על ידי הזמן שלוקח להגיע לטמפרטורות קריוגניות, סבורים שההתקררות המהירה יותר שמספקת טכנולוגיה זו עשויה להשפיע באופן נרחב על תחומים רבים.
הטכנולוגיה שפותחה על ידי צוות NIST יכולה גם לאפשר למדענים להחליף מקררי צינורות דופק גדולים במקררים קטנים בהרבה.
החוקרים, הכוללים מדענים מאוניברסיטת קולורדו בולדר, מתארים את השיטה שלהם במאמר שפורסם באינטרנט ב-23 באפריל ב- Nature Communications
