Recent, gigantul fotonicului americanCoerentși Faraday 1867 Holdings din Japonia au semnat o scrisoare de intenție (LOI) cu scopul de a extinde producția desupraconductoare la temperatură înaltăbenzi (HTS) pentru utilizare pe scară largă în desfășurarea pe scară largă a reactoarelor de fuziune, precum și pentru a contribui la impulsionarea tranziției la energie ecologică. Laserele excimeri de la Coherent în Această colaborare promite aplicații mai largi.
În ultimul deceniu, perspectiva în evoluție rapidă a energiei fără carbon a condus la progrese în dispozitivele tokamak, a condus în același timp la creșterea cererii pentru benzi magnetice supraconductoare la temperatură înaltă. Benzile magnetice supraconductoare de înaltă temperatură, o tehnologie cheie în fabricarea electromagneților ultra-puternici, au aplicația lor principală în reactoarele de fuziune cu izolare magnetică pentru a limita și controla plasma. În special, Faraday Factory Japan LLC, o filială japoneză a Faraday 1867 Holdings, a devenit principalul producător mondial de benzi magnetice supraconductoare de înaltă temperatură (HTS).
Laserul excimer LEAP de la Coherent, un produs de depunere cu laser pulsat standard în industrie, a dat un impuls major procesului de fabricație a benzilor supraconductoare la temperatură înaltă.
Câmpurile magnetice acționează pentru a limita și controla plasma încărcată într-un dispozitiv tokamak, conform Tokamak Energy, o companie britanică de fuziune. Aceste câmpuri magnetice puternice permit plasmei să se încălzească până la temperaturi de peste 100 de milioane de grade Celsius - pragul necesar pentru ca fuziunea să devină o sursă de energie viabilă din punct de vedere comercial. După aceea, magneții puternici dintr-un tokamak sferic permit o izolare mai compactă, crescând densitatea și puterea plasmei, evitând în același timp nevoia costisitoare de răcire cu heliu lichid.
Câmpuri magnetice puternice pot fi generate prin trecerea unor curenți mari în jurul unei serii de bobine de electromagneți care înconjoară plasma. Magneții sunt înfășurați cu ceea ce Tokamak Energy numește bandă magnetică supraconductoare la temperatură înaltă „revoluționară”.
Manipularea acoperirilor funcționale
Faraday Factory Japan LLC, o subsidiară a Faraday 1867 Holdings, produce benzi supraconductoare de înaltă temperatură din 2012. Scrisoarea de intenție menționată mai sus se referă la strategia fabricii japoneze de a satisface cererea globală de benzi HTS, iar Coherent spune că cererea pentru astfel de benzi. se așteaptă ca casetele să crească de zece ori de acum până în 2027.
Compania japoneză folosește depunerea asistată de fascicule ionice (IBAD), depunerea cu laser în impulsuri (PLD), pulverizarea cu magnetron de argint și placarea electrochimică cu cupru, care necesită mai mulți pași de fabricație pentru a realiza astfel de benzi. Dintre acestea, depunerea cu laser în impulsuri pe bază de excimeri (PLD) este singura metodă dovedită de producție în masă pentru a crea filme cu oxid de cupru de bariu (REBCO) din pământuri rare, cu calitățile necesare pentru benzile HTS multistrat.
Depunerea cu laser pulsat (PLD) este un instrument puternic pentru producerea de acoperiri funcționale de înaltă calitate", descrie Faraday Plant pe site-ul său web. Procesul de depunere este generat de un val de raze laser care lovesc o țintă pe o bandă metalică cu un strat tampon la înălțime. temperaturile. Compușii HTS sunt materiale de oxizi complexe, iar metoda PLD joacă un rol important în producerea de straturi supraconductoare la temperatură înaltă, cu compoziție, grosime și microstructură strict controlate.”
Se spune că scrisoarea de intenție semnată cu Coherent prezintă o strategie de creștere a capacităților de fabricare a supraconductoarelor la temperatură înaltă folosind laserul „LEAP” al companiei.
Laserele excimeri LEAP de la Coherent sunt standardul industrial pentru dispozitivele logice programabile pentru utilizarea în fabricarea benzilor HTS", a spus Coherent. "Laserele LEAP se bazează pe surse care emit fluorură de argon (ArF), fluorură de cripton (KrF) și clorură de xenon (XeCl). la 193 nm, 248 nm și, respectiv, 308 nm și oferind puteri de ieșire de până la 300 W. Acestea sunt deja utilizate într-o serie de aplicații industriale, cum ar fi dispozitivele de ridicare cu laser pentru producția de afișaje organice cu LED și MicroLED.
Dincolo de fuziune
Kai Schmidt, vicepreședinte senior al unității de afaceri Excimer Laser a Coherent, a declarat: „Știm că țările implicate în cursa energiei de fuziune lucrează din greu pentru a accelera lanțul de aprovizionare cu benzi supraconductoare de înaltă temperatură, crescând cu mii de kilometri pe an, în pentru a menține tehnologia de fuziune să avanseze într-un ritm rapid.”
La rândul său, Sergey Lee, directorul reprezentativ al unității Faraday din Japonia, a adăugat: „Lucrăm cu Faraday 1867 de mai bine de un deceniu, iar laserele noastre sunt dornice să joace un rol important în faza de accelerare a producției de benzi HTS. . Domeniile de aplicare pentru benzile HTS nu se limitează la reactoarele de fuziune- -Ele includ transferul de energie fără pierderi, aviația cu zero carbon și nave portacontainere, sisteme RMN fără heliu, sisteme avansate de propulsie a navelor spațiale și multe altele. Aceste aplicații conduc creștere anuală de două cifre pe piața de benzi HTS, așa că urgența de a investi în capabilitățile de fabricare a benzilor HTS este clară.”
Banda HTS este una dintre tehnologiile cheie pentru realizarea reactoarelor de fuziune cu izolare magnetică precum tokamak-urile. Design-urile Tokamak sunt mai simple, mai compacte și mai ieftin de utilizat decât tehnologiile anterioare. Benzile HTS pot funcționa la temperaturi de peste zeci de Kelvin, eliminând nevoia unor sisteme de răcire costisitoare bazate pe tehnologia nesustenabilă cu heliu lichid. Se așteaptă ca reactoarele de fuziune cu izolare magnetică să poată genera în cele din urmă gigawați de energie electrică fără carbon, cu un câștig net de peste 10% și, prin urmare, ar putea juca un rol important în tranziția globală la energia verde.
