به تازگی، غول فوتونیک ایالات متحدهمنسجمو هلدینگ فارادی 1867 ژاپن یک نامه قصد (LOI) را با هدف افزایش تولیدابررسانا با دمای بالانوارهای (HTS) برای استفاده گسترده در استقرار در مقیاس بزرگ راکتورهای همجوشی، و همچنین برای کمک به انتقال انرژی سبز. لیزرهای اگزایمر Coherent در این همکاری نوید کاربردهای گسترده تری را می دهد.
در دهه گذشته، چشم انداز سریع در حال تحول انرژی بدون کربن منجر به پیشرفت در دستگاه های توکامک شده است، در حالی که افزایش تقاضا برای نوارهای مغناطیسی ابررسانا با دمای بالا را افزایش داده است. نوارهای مغناطیسی ابررسانا با دمای بالا، یک فناوری کلیدی در ساخت آهنرباهای الکترومغناطیسی بسیار قوی، کاربرد اصلی خود را در راکتورهای همجوشی محصور مغناطیسی برای محدود کردن و کنترل پلاسما دارند. شایان ذکر است، Faraday Factory Japan LLC، یکی از شرکتهای تابعه ژاپنی Faraday 1867 Holdings، بهعنوان پیشروترین تولیدکننده نوارهای مغناطیسی ابررسانا با دمای بالا (HTS) در جهان ظاهر شده است.
لیزر اگزایمر LEAP شرکت Coherent که یک محصول رسوب لیزر پالسی استاندارد صنعتی است، رونق زیادی به فرآیند تولید نوارهای ابررسانا با دمای بالا داده است.
به گفته توکامک انرژی، یک استارت آپ بریتانیایی فیوژن، میدان های مغناطیسی برای محدود کردن و کنترل پلاسمای باردار در دستگاه توکامک عمل می کنند. این میدانهای مغناطیسی قوی به پلاسما اجازه میدهد تا دمای بالای 100 میلیون درجه سانتیگراد - آستانهای که برای همجوشی برای تبدیل شدن به یک منبع انرژی تجاری قابل دوام لازم است، گرم شود. پس از آن، آهنرباهای قدرتمند در یک توکامک کروی امکان محصور شدن فشرده تر، افزایش چگالی و قدرت پلاسما را فراهم می کند و در عین حال از نیاز گران به خنک کننده هلیوم مایع جلوگیری می کند.
میدانهای مغناطیسی قدرتمندی را میتوان با عبور جریانهای زیاد در اطراف مجموعهای از سیمپیچهای آهنربای الکتریکی که پلاسما را احاطه کردهاند، ایجاد کرد. آهنرباها با چیزی که توکامک انرژی آن را نوار مغناطیسی ابررسانا در دمای بالا مینامد، پیچیده شدهاند.
رسیدگی به پوشش های کاربردی
Faraday Factory Japan LLC، یکی از شرکتهای تابعه Faraday 1867 Holdings، از سال 2012 نوارهای ابررسانا با دمای بالا تولید میکند. قصد نامه فوق به استراتژی کارخانه ژاپنی برای پاسخگویی به تقاضای جهانی برای نوارهای HTS اشاره دارد و Coherent میگوید که تقاضا برای چنین نوارهایی انتظار می رود که نوارها از هم اکنون تا سال 2027 ده برابر رشد کنند.
این شرکت ژاپنی از رسوب به کمک پرتو یون (IBAD)، رسوب لیزر پالسی (PLD)، کندوپاش مگنترون نقره و آبکاری الکتروشیمیایی مس استفاده می کند که برای ساخت چنین نوارهایی نیاز به چندین مرحله تولید دارد. از این میان، رسوب لیزر پالسی مبتنی بر اگزایمر (PLD) تنها روش تولید انبوه اثبات شده برای ایجاد فیلمهای اکسید مس باریم خاکی کمیاب (REBCO) با کیفیت مورد نیاز برای نوارهای HTS چند لایه است.
رسوب لیزر پالسی (PLD) ابزاری قوی برای تولید پوششهای عملکردی با کیفیت بالا است." کارخانه فارادی در وب سایت خود توضیح می دهد. فرآیند رسوب گذاری توسط ستونی از پرتوهای لیزری ایجاد می شود که به یک هدف بر روی یک نوار فلزی با یک لایه بافر در ارتفاع بالا برخورد می کند. ترکیبات HTS مواد اکسیدی پیچیده ای هستند و روش PLD نقش مهمی در تولید لایه های ابررسانا با دمای بالا با ترکیب، ضخامت و ریزساختار کاملاً کنترل شده ایفا می کند.
گفته میشود که نامهای که با Coherent امضا شده است، یک استراتژی برای افزایش قابلیتهای ساخت ابررسانا در دمای بالا با استفاده از لیزر "LEAP" این شرکت است.
لیزرهای اگزایمر LEAP شرکت Coherent استاندارد صنعتی برای دستگاه های منطقی قابل برنامه ریزی برای استفاده در ساخت نوارهای HTS هستند. در 193 نانومتر، 248 نانومتر و 308 نانومتر، و توان خروجی تا 300 وات را ارائه می دهد. آنها در حال حاضر در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی مانند بالابرهای لیزری برای تولید نمایشگرهای LED و MicroLED ارگانیک استفاده می شوند.
فراتر از فیوژن
کای اشمیت، معاون ارشد واحد تجاری لیزر اگزایمر Coherent، گفت: "ما می دانیم که کشورهای درگیر در مسابقه انرژی همجوشی سخت تلاش می کنند تا زنجیره تامین نوارهای ابررسانا با دمای بالا را که هزاران کیلومتر در سال رشد می کند، سرعت بخشند. به منظور حفظ فناوری فیوژن با سرعتی سریع به جلو."
به نوبه خود، سرگئی لی، مدیر نمایندگی تاسیسات فارادی ژاپن، افزود: ما بیش از یک دهه است که با فارادی 1867 کار می کنیم و لیزرهای ما مشتاق هستند که نقش مهمی در مرحله افزایش تولید نوار HTS ایفا کنند. حوزههای کاربردی نوارهای HTS به راکتورهای همجوشی محدود نمیشود- -آنها شامل انتقال انرژی بدون تلفات، کشتیهای هوانوردی و کانتینری بدون کربن، سیستمهای NMR بدون هلیوم، سیستمهای پیشران فضاپیماهای پیشرفته و موارد دیگر میشوند. رشد سالانه دو رقمی در بازار نوار HTS، بنابراین فوریت سرمایهگذاری در قابلیتهای تولید نوار HTS واضح است."
نوار HTS یکی از فناوریهای کلیدی برای تحقق راکتورهای همجوشی محصور مغناطیسی مانند توکاماک است. طرحهای توکامک نسبت به فناوریهای قبلی سادهتر، فشردهتر و ارزانتر هستند. نوارهای HTS میتوانند در دماهایی در محدوده دهها کلوین کار کنند و نیاز به سیستمهای خنککننده گران قیمت مبتنی بر فناوری هلیوم مایع ناپایدار را از بین ببرند. انتظار می رود که راکتورهای همجوشی محصور مغناطیسی در نهایت قادر به تولید گیگاوات برق بدون کربن با سود خالص بیش از 10 درصد باشند و بنابراین ممکن است نقش مهمی در انتقال جهانی به انرژی سبز داشته باشند.
