Coherent підписує партнерство, щоб перервати виробництво високотемпературної надпровідної стрічки за допомогою лазерів LEAP

Нещодавно американський гігант фотоніки Coherent і японська Faraday 1867 Holdings підписали лист про наміри (LOI) з метою розширення виробництва високотемпературних надпровідних стрічок (HTS) для широкомасштабного розгортання в термоядерних реакторах, а також допомогти стимулювати перехід до зеленої енергії. Ексимерні лазери Coherent у цій співпраці обіцяють ширше застосування.
В останнє десятиліття перспектива безвуглецевої енергії, яка швидко розвивається, призвела до прогресу в пристроях токамак, а також збільшила попит на високотемпературні надпровідні магнітні стрічки. Високотемпературні надпровідні магнітні стрічки, ключова технологія у виготовленні надсильних електромагнітів, мають своє головне застосування в термоядерних реакторах з магнітним утриманням для утримання та контролю плазми. Зокрема, Faraday Factory Japan LLC, японська дочірня компанія Faraday 1867 Holdings, стала провідним світовим виробником високотемпературних надпровідних (HTS) магнітних стрічок.
Ексимерний лазер LEAP від ​​Coherent, промисловий стандартний продукт імпульсного лазерного осадження, дав серйозний поштовх процесу виробництва високотемпературних надпровідних стрічок.
За даними Tokamak Energy, британського стартапу з термоядерного синтезу, магнітні поля обмежують і контролюють заряджену плазму в пристрої токамак. Ці сильні магнітні поля дозволяють плазмі нагріватися до температури вище 100 мільйонів градусів за Цельсієм – порогу, необхідного для того, щоб термоядерний синтез став комерційно вигідним джерелом енергії. Після цього потужні магніти в сферичному токамаку забезпечують більш компактне утримання, збільшуючи щільність і потужність плазми, уникаючи дорогого охолодження рідким гелієм.
Потужні магнітні поля можна створити, пропускаючи сильні струми навколо масиву електромагнітних котушок, які оточують плазму. Магніти намотані високотемпературною надпровідною магнітною стрічкою, яку Tokamak Energy називає «проривною».
Обробка функціональних покриттів
Faraday Factory Japan LLC, дочірня компанія Faraday 1867 Holdings, виробляє високотемпературну надпровідну магнітну стрічку з 2012 року. Вищезазначений лист про наміри стосується стратегії японської фабрики щодо задоволення глобального попиту на стрічки HTS, і Coherent каже, що попит на Очікується, що кількість таких стрічок зросте в десять разів до 2027 року.
Японська компанія використовує осадження за допомогою іонного променя (IBAD), імпульсне лазерне осадження (PLD), срібне магнетронне напилення та електрохімічне нанесення міді, які вимагають кількох етапів виробництва для виготовлення таких стрічок. З них імпульсне лазерне осадження на основі ексимерів (PLD) є єдиним перевіреним методом масового виробництва для створення рідкоземельних плівок з оксиду барію і міді (REBCO) з якостями, необхідними для багатошарових стрічок HTS.
Імпульсне лазерне осадження (PLD) — це дуже потужний інструмент для отримання високоякісних функціональних покриттів», — описує Faraday Plant на своєму веб-сайті. Процес осадження генерується потоком лазерних променів, що вражають ціль на металевій смузі з буферним шаром на високі температури. ВТСП-сполуки є складними оксидними матеріалами, і метод PLD відіграє важливу роль у створенні високотемпературних надпровідних шарів із суворо контрольованим складом, товщиною та мікроструктурою».
Кажуть, що лист про наміри компанії з Coherent окреслює стратегію збільшення можливостей виробництва високотемпературних надпровідників за допомогою лазера компанії «LEAP».
Coherent сказав: «Когерентні ексимерні лазери LEAP є галузевим стандартом для програмованих логічних пристроїв для виготовлення ВТСП стрічок. Лазери LEAP засновані на джерелах фториду аргону (ArF), фториду криптону (KrF) і хлориду ксенону (XeCl) і випромінюють на довжини хвилі 193 нм, 248 нм і 308 нм, відповідно, і мають вихідну потужність до 300 Вт. Вони вже використовуються в ряді промислових застосувань, таких як лазерні підйомники для виробництва органічних LED і MicroLED дисплеїв.
За межами Fusion
Кай Шмідт, старший віце-президент бізнес-підрозділу ексимерних лазерів Coherent, сказав: «Ми знаємо, що країни, які беруть участь у гонці термоядерної енергії, наполегливо працюють над прискоренням ланцюга постачання високотемпературних надпровідних стрічок, що зростає на тисячі кілометрів на рік, у щоб технологія термоядерного синтезу рухалася вперед швидкими темпами».
Зі свого боку, Сергій Лі, представник японського заводу Faraday, додав: «Ми працюємо з Faraday 1867 більше десяти років, і наші лазери прагнуть зіграти важливу роль на етапі нарощування виробництва HTS стрічок. .Сфери застосування ВТСП-стрічок не обмежуються термоядерними реакторами- -Вони включають передачу енергії без втрат, авіацію та контейнеровози з нульовим викидом вуглецю, безгелієві ЯМР-системи, вдосконалені силові установки космічних кораблів тощо. Ці програми рухають двозначне річне зростання ринку HTS-стрічок, тому терміновість інвестування у виробництво HTS-стрічок очевидна».
Стрічка HTS є однією з ключових технологій, які дозволяють використовувати термоядерні реактори з магнітним утриманням, такі як токамак. Конструкції токамаків простіші, компактніші та дешевші в експлуатації, ніж попередні технології. Стрічки HTS можуть працювати при температурах у діапазоні десятків Кельвінів, усуваючи потребу в дорогих системах охолодження, заснованих на нестабільній технології рідкого гелію. Очікується, що термоядерні реактори з магнітним утриманням зрештою зможуть виробляти гігават безвуглецевої електроенергії з чистим приростом понад 10 відсотків і, таким чином, можуть зіграти важливу роль у глобальному переході до зеленої енергії.