Al modificar un refrigerador comúnmente utilizado tanto en la investigación como en la industria, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han reducido drásticamente el tiempo y la energía necesarios para enfriar materiales a unos pocos grados por encima del cero absoluto.
Los científicos dicen que su dispositivo prototipo, que ahora están trabajando para comercializar con un socio industrial, podría ahorrar anualmente aproximadamente 27 millones de vatios de energía, 30 millones de dólares en consumo mundial de electricidad y suficiente agua de refrigeración para llenar 5.000 piscinas olímpicas. /P>
Desde estabilizar qubits (la unidad básica de información en una computadora cuántica) hasta mantener las propiedades superconductoras de los materiales y mantener el telescopio espacial James Webb de la NASA lo suficientemente frío como para observar los cielos, la refrigeración ultrafría es esencial para el funcionamiento de muchos dispositivos y sensores. Durante décadas, el refrigerador de tubo de pulso (PTR) ha sido el dispositivo más utilizado para alcanzar temperaturas tan frías como el vacío del espacio exterior.
Estos refrigeradores comprimen (calientan) y expanden (enfrían) cíclicamente gas helio a alta presión para lograr el "Gran Enfriamiento", en términos generales análogo a la forma en que un refrigerador doméstico utiliza la transformación del freón de líquido a vapor para eliminar el calor. Durante más de 40 años, el PTR ha demostrado su confiabilidad, pero también consume mucha energía, ya que consume más electricidad que cualquier otro componente de un experimento de temperatura ultrabaja.
Cuando el investigador del NIST Ryan Snodgrass y sus colegas observaron más de cerca el refrigerador, descubrieron que los fabricantes habían construido el dispositivo para que fuera energéticamente eficiente sólo a su temperatura de funcionamiento final de 4 kelvin (K), o 4 grados por encima del cero absoluto. El equipo descubrió que estos refrigeradores son extremadamente ineficientes a temperaturas más altas, un gran problema porque el proceso de enfriamiento comienza a temperatura ambiente.
Más información: Ryan Snodgrass et al, Optimización acústica dinámica de refrigeradores de tubo de pulso para un enfriamiento rápido, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47561-5
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía del NIST. Lea la historia original aquí.