Onlangs heeft de Amerikaanse fotonicagigantSamenhangenden het Japanse Faraday 1867 Holdings ondertekenden een intentieverklaring (LOI) met als doel de productie vansupergeleiding bij hoge temperaturen(HTS)-tapes voor wijdverbreid gebruik bij de grootschalige inzet van fusiereactoren, en om de groene energietransitie te helpen stimuleren. De excimeerlasers van Coherent in Deze samenwerking belooft bredere toepassingen.
In het afgelopen decennium heeft het zich snel ontwikkelende vooruitzicht op koolstofvrije energie geleid tot vooruitgang op het gebied van tokamak-apparaten, terwijl ook de vraag naar supergeleidende magneetbanden met hoge temperaturen is toegenomen. Supergeleidende magnetische banden op hoge temperatuur, een sleuteltechnologie bij de vervaardiging van ultrasterke elektromagneten, worden primair toegepast in fusiereactoren met magnetische opsluiting om plasma op te sluiten en te controleren. Met name Faraday Factory Japan LLC, een Japanse dochteronderneming van Faraday 1867 Holdings, is uitgegroeid tot 's werelds grootste fabrikant van hoge-temperatuur-supergeleidende (HTS)-magneetbanden.
De LEAP-excimerlaser van Coherent, een industriestandaard gepulseerd laserdepositieproduct, heeft een grote impuls gegeven aan het productieproces van supergeleidende tapes op hoge temperatuur.
Magnetische velden zorgen ervoor dat geladen plasma in een tokamak-apparaat wordt opgesloten en gecontroleerd, aldus Tokamak Energy, een Britse fusie-startup. Deze sterke magnetische velden zorgen ervoor dat het plasma kan opwarmen tot temperaturen boven de 100 miljoen graden Celsius – de drempel die nodig is om fusie een commercieel levensvatbare energiebron te laten worden. Daarna zorgen de krachtige magneten in een bolvormige tokamak voor een compactere opsluiting, waardoor de plasmadichtheid en het vermogen toenemen, terwijl de dure behoefte aan vloeibare heliumkoeling wordt vermeden.
Krachtige magnetische velden kunnen worden gegenereerd door hoge stromen rond een reeks elektromagnetische spoelen te laten lopen die het plasma omringen. De magneten zijn omwikkeld met wat Tokamak Energy "doorbraak" supergeleidende magneetband bij hoge temperaturen noemt.
Omgaan met functionele coatings
Faraday Factory Japan LLC, een dochteronderneming van Faraday 1867 Holdings, produceert sinds 2012 supergeleidende banden voor hoge temperaturen. De bovengenoemde intentieverklaring verwijst naar de strategie van de Japanse fabriek om aan de mondiale vraag naar HTS-banden te voldoen, en Coherent zegt dat de vraag naar dergelijke banden De verwachting is dat het aantal tapes tussen nu en 2027 zal vertienvoudigen.
Het Japanse bedrijf maakt gebruik van ion beam-assisted deposition (IBAD), pulsed laser deposition (PLD), zilvermagnetronsputteren en elektrochemische koperplating, waarvoor verschillende productiestappen nodig zijn om dergelijke tapes te maken. Hiervan is op excimeer gebaseerde gepulseerde laserdepositie (PLD) de enige bewezen massaproductiemethode om films van zeldzame aardmetalen bariumkoperoxide (REBCO) te maken met de kwaliteiten die vereist zijn voor meerlaagse HTS-tapes.
Pulsed laser deposition (PLD) is een krachtig hulpmiddel voor het produceren van functionele coatings van hoge kwaliteit", beschrijft Faraday Plant op haar website. Het depositieproces wordt gegenereerd doordat een pluim van laserstralen een doel raakt op een metalen strip met een bufferlaag op hoge temperatuur. temperaturen.HTS-verbindingen zijn complexe oxidematerialen en de PLD-methode speelt een belangrijke rol bij het produceren van supergeleidende lagen bij hoge temperaturen met strak gecontroleerde samenstelling, dikte en microstructuur.
De met Coherent ondertekende intentieverklaring zou een strategie schetsen om de fabricagemogelijkheden van supergeleiders bij hoge temperaturen te vergroten met behulp van de "LEAP" -laser van het bedrijf.
De LEAP-excimeerlasers van Coherent zijn de industriestandaard voor programmeerbare logische apparaten voor gebruik bij de productie van HTS-tapes", aldus Coherent. "De LEAP-lasers zijn gebaseerd op bronnen van argonfluoride (ArF), kryptonfluoride (KrF) en xenonchloride (XeCl) die straling uitstralen bij respectievelijk 193 nm, 248 nm en 308 nm, en levert uitgangsvermogens tot 300 W. Ze worden al gebruikt in een reeks industriële toepassingen, zoals laserlifters voor de productie van organische LED- en MicroLED-displays.
Voorbij fusie
Kai Schmidt, Senior Vice President van Coherent's Excimer Laser Business Unit, zei: "We weten dat landen die betrokken zijn bij de fusie-energierace hard werken om de toeleveringsketen van supergeleidende tapes voor hoge temperaturen te versnellen, die met duizenden kilometers per jaar groeit, in om de fusietechnologie in hoog tempo vooruit te laten gaan."
Van zijn kant voegde Sergey Lee, representatief directeur van de Japanse fabriek van Faraday, toe: "We werken al meer dan tien jaar met Faraday 1867 en onze lasers willen graag een belangrijke rol spelen in de opstartfase van de HTS-tapeproductie. . De toepassingsgebieden voor HTS-banden zijn niet beperkt tot fusiereactoren- -Ze omvatten verliesloze energieoverdracht, koolstofvrije luchtvaart en containerschepen, heliumvrije NMR-systemen, geavanceerde voortstuwingssystemen voor ruimtevaartuigen en meer. Deze toepassingen zijn de drijvende kracht achter jaarlijkse groei met dubbele cijfers in de HTS-tapemarkt, dus de urgentie van investeringen in de productiecapaciteiten van HTS-tape is duidelijk."
De HTS-tape is een van de sleuteltechnologieën voor het realiseren van fusiereactoren met magnetische opsluiting, zoals tokamaks. Tokamak-ontwerpen zijn eenvoudiger, compacter en goedkoper in gebruik dan eerdere technologieën. HTS-tapes kunnen werken bij temperaturen in het bereik van tientallen Kelvin, waardoor de noodzaak voor dure koelsystemen op basis van niet-duurzame vloeibare heliumtechnologie wordt geëlimineerd. De verwachting is dat fusiereactoren met magnetische opsluiting uiteindelijk in staat zullen zijn gigawatt aan koolstofvrije elektriciteit op te wekken met een netto winst van meer dan 10 procent en zo een belangrijke rol kunnen spelen in de mondiale transitie naar groene energie.
