Recentemente, il colosso statunitense della fotonicaCoerentee la giapponese Faraday 1867 Holdings hanno firmato una lettera di intenti (LOI) con l'obiettivo di aumentare la produzione disuperconduttore ad alta temperatura(HTS) per un uso diffuso nell'implementazione su larga scala di reattori a fusione, nonché per contribuire a guidare la transizione energetica verde. I laser ad eccimeri di Coherent in Questa collaborazione promette applicazioni più ampie.
Nell’ultimo decennio, la prospettiva in rapida evoluzione di un’energia priva di carbonio ha portato a progressi nei dispositivi tokamak, guidando anche una maggiore domanda di nastri magnetici superconduttori ad alta temperatura. I nastri magnetici superconduttori ad alta temperatura, una tecnologia chiave nella fabbricazione di elettromagneti ultrapotenti, hanno la loro applicazione principale nei reattori a fusione a confinamento magnetico per confinare e controllare il plasma. In particolare, Faraday Factory Japan LLC, una filiale giapponese di Faraday 1867 Holdings, è emersa come il principale produttore mondiale di nastri magnetici superconduttori ad alta temperatura (HTS).
Il laser ad eccimeri LEAP di Coherent, un prodotto di deposizione laser pulsata standard del settore, ha dato un notevole impulso al processo di produzione di nastri superconduttori ad alta temperatura.
Secondo Tokamak Energy, una startup britannica nel campo della fusione, i campi magnetici agiscono per confinare e controllare il plasma carico in un dispositivo tokamak. Questi forti campi magnetici consentono al plasma di riscaldarsi fino a temperature superiori a 100 milioni di gradi Celsius, la soglia necessaria affinché la fusione diventi una fonte di energia commercialmente valida. Successivamente, i potenti magneti in un tokamak sferico consentono un confinamento più compatto, aumentando la densità e la potenza del plasma evitando la costosa necessità di raffreddamento con elio liquido.
Potenti campi magnetici possono essere generati facendo passare correnti elevate attorno a una serie di bobine elettromagnetiche che circondano il plasma. I magneti sono avvolti con quello che Tokamak Energy chiama nastro magnetico superconduttore ad alta temperatura "innovativo".
Gestione dei rivestimenti funzionali
Faraday Factory Japan LLC, una filiale di Faraday 1867 Holdings, produce nastri superconduttori ad alta temperatura dal 2012. La suddetta lettera di intenti si riferisce alla strategia della fabbrica giapponese per soddisfare la domanda globale di nastri HTS, e Coherent afferma che la domanda di tali nastri Si prevede che i nastri cresceranno di dieci volte da qui al 2027.
L’azienda giapponese utilizza la deposizione assistita da fascio ionico (IBAD), la deposizione laser pulsata (PLD), lo sputtering con magnetron d’argento e la placcatura elettrochimica del rame, che richiedono diverse fasi di produzione per realizzare tali nastri. Di questi, la deposizione laser pulsata (PLD) basata su eccimeri è l'unico metodo comprovato di produzione di massa per creare pellicole di ossido di rame e bario di terre rare (REBCO) con le qualità richieste per i nastri HTS multistrato.
La deposizione laser pulsata (PLD) è un potente strumento per produrre rivestimenti funzionali di alta qualità", spiega Faraday Plant sul suo sito web. Il processo di deposizione è generato da un pennacchio di raggi laser che colpisce un bersaglio su una striscia metallica con uno strato tampone ad alta temperature. I composti HTS sono materiali complessi di ossido e il metodo PLD svolge un ruolo importante nella produzione di strati superconduttori ad alta temperatura con composizione, spessore e microstruttura strettamente controllati."
Si dice che la lettera di intenti firmata con Coherent delinei una strategia per aumentare le capacità di fabbricazione di superconduttori ad alta temperatura utilizzando il laser "LEAP" dell'azienda.
I laser ad eccimeri LEAP di Coherent rappresentano lo standard industriale per i dispositivi logici programmabili da utilizzare nella produzione di nastri HTS", ha affermato Coherent. "I laser LEAP sono basati su sorgenti di fluoruro di argon (ArF), fluoruro di krypton (KrF) e cloruro di xeno (XeCl) che emettono rispettivamente a 193 nm, 248 nm e 308 nm e forniscono potenze di uscita fino a 300 W. Sono già in uso in una serie di applicazioni industriali, come i sollevatori laser per la produzione di display LED organici e MicroLED.
Oltre la fusione
Kai Schmidt, Vicepresidente senior della Business Unit Excimer Laser di Coherent, ha dichiarato: "Sappiamo che i paesi coinvolti nella corsa all'energia da fusione stanno lavorando duramente per accelerare la catena di fornitura di nastri superconduttori ad alta temperatura, che cresce di migliaia di chilometri all'anno, in al fine di mantenere la tecnologia della fusione avanzare a un ritmo rapido."
Da parte sua, Sergey Lee, direttore rappresentativo dello stabilimento giapponese di Faraday, ha aggiunto: "Lavoriamo con Faraday 1867 da più di un decennio e i nostri laser sono ansiosi di svolgere un ruolo importante nella fase di accelerazione della produzione del nastro HTS". . Le aree di applicazione dei nastri HTS non si limitano ai reattori a fusione- -Includono il trasferimento di energia senza perdite, l'aviazione a zero emissioni di carbonio e le navi portacontainer, i sistemi NMR senza elio, i sistemi avanzati di propulsione di veicoli spaziali e altro ancora. Queste applicazioni stanno guidando crescita annua a due cifre nel mercato dei nastri HTS, quindi è chiara l’urgenza di investire nelle capacità di produzione dei nastri HTS”.
Il nastro HTS è una delle tecnologie chiave per realizzare reattori a fusione a confinamento magnetico come i tokamak. I design Tokamak sono più semplici, più compatti e più economici da utilizzare rispetto alle tecnologie precedenti. I nastri HTS possono funzionare a temperature nell'ordine delle decine di gradi Kelvin, eliminando la necessità di costosi sistemi di raffreddamento basati sull'insostenibile tecnologia dell'elio liquido. Si prevede che i reattori a fusione a confinamento magnetico alla fine saranno in grado di generare gigawatt di elettricità senza emissioni di carbonio con un guadagno netto di oltre il 10% e quindi potrebbero svolgere un ruolo importante nella transizione globale verso l’energia verde.
