Récemment, le géant américain de la photoniqueCohérentet la société japonaise Faraday 1867 Holdings ont signé une lettre d'intention (LOI) dans le but d'intensifier la fabrication desupraconducteur à haute température(HTS) pour une utilisation généralisée dans le déploiement à grande échelle de réacteurs à fusion, ainsi que pour contribuer à la transition énergétique verte. Les lasers excimer de Coherent dans Cette collaboration promet des applications plus larges.
Au cours de la dernière décennie, l’évolution rapide des perspectives d’énergie sans carbone a conduit à des progrès dans les dispositifs tokamak, tout en entraînant une demande accrue de bandes magnétiques supraconductrices à haute température. Les bandes magnétiques supraconductrices à haute température, une technologie clé dans la fabrication d'électro-aimants ultra-puissants, trouvent leur principale application dans les réacteurs de fusion à confinement magnétique pour confiner et contrôler le plasma. Faraday Factory Japan LLC, une filiale japonaise de Faraday 1867 Holdings, est notamment devenue le premier fabricant mondial de bandes magnétiques supraconductrices à haute température (HTS).
Le laser excimer LEAP de Coherent, un produit de dépôt laser pulsé standard de l'industrie, a donné un élan majeur au processus de fabrication de bandes supraconductrices à haute température.
Les champs magnétiques agissent pour confiner et contrôler le plasma chargé dans un dispositif tokamak, selon Tokamak Energy, une startup britannique de fusion. Ces champs magnétiques puissants permettent au plasma de chauffer jusqu'à des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius – le seuil nécessaire pour que la fusion devienne une source d'énergie commercialement viable. Après cela, les puissants aimants d’un tokamak sphérique permettent un confinement plus compact, augmentant la densité et la puissance du plasma tout en évitant le besoin coûteux d’un refroidissement à l’hélium liquide.
Des champs magnétiques puissants peuvent être générés en faisant passer des courants élevés autour d’un réseau de bobines électromagnétiques qui entourent le plasma. Les aimants sont enroulés avec ce que Tokamak Energy appelle une bande magnétique supraconductrice à haute température « révolutionnaire ».
Manipulation des revêtements fonctionnels
Faraday Factory Japan LLC, une filiale de Faraday 1867 Holdings, produit des bandes supraconductrices à haute température depuis 2012. La lettre d'intention susmentionnée fait référence à la stratégie de l'usine japonaise visant à répondre à la demande mondiale de bandes HTS, et Coherent affirme que la demande pour de telles bandes Le nombre de bandes devrait être multiplié par dix d’ici 2027.
La société japonaise utilise le dépôt assisté par faisceau d'ions (IBAD), le dépôt par laser pulsé (PLD), la pulvérisation magnétron d'argent et le placage électrochimique de cuivre, qui nécessitent plusieurs étapes de fabrication pour fabriquer de telles bandes. Parmi ceux-ci, le dépôt laser pulsé (PLD) à base d'excimer est la seule méthode de production de masse éprouvée pour créer des films d'oxyde de cuivre et de baryum de terres rares (REBCO) présentant les qualités requises pour les rubans HTS multicouches.
Le dépôt laser pulsé (PLD) est un outil puissant pour produire des revêtements fonctionnels de haute qualité", décrit Faraday Plant sur son site Web. Le processus de dépôt est généré par un panache de faisceaux laser frappant une cible sur une bande métallique avec une couche tampon à haute température. températures. Les composés HTS sont des matériaux oxydes complexes, et la méthode PLD joue un rôle important dans la production de couches supraconductrices à haute température avec une composition, une épaisseur et une microstructure étroitement contrôlées.
La lettre d'intention signée avec Coherent définirait une stratégie visant à augmenter les capacités de fabrication de supraconducteurs à haute température à l'aide du laser « LEAP » de la société.
Les lasers excimer LEAP de Coherent constituent la norme industrielle en matière de dispositifs logiques programmables destinés à la fabrication de bandes HTS », a déclaré Coherent. « Les lasers LEAP sont basés sur des sources de fluorure d'argon (ArF), de fluorure de krypton (KrF) et de chlorure de xénon (XeCl) émettant à 193 nm, 248 nm et 308 nm, respectivement, et délivrant des puissances de sortie allant jusqu'à 300 W. Ils sont déjà utilisés dans une série d'applications industrielles, telles que les élévateurs laser pour la production d'écrans LED organiques et MicroLED.
Au-delà de la fusion
Kai Schmidt, vice-président directeur de l'unité commerciale des lasers excimer de Coherent, a déclaré : « Nous savons que les pays impliqués dans la course à l'énergie de fusion travaillent dur pour accélérer la chaîne d'approvisionnement en bandes supraconductrices à haute température, qui augmente de milliers de kilomètres par an, en afin de faire progresser la technologie de la fusion à un rythme rapide. »
Pour sa part, Sergey Lee, directeur représentant de l'usine Faraday au Japon, a ajouté : « Nous travaillons avec Faraday 1867 depuis plus d'une décennie et nos lasers sont impatients de jouer un rôle important dans la phase d'accélération de la production de bandes HTS. . Les domaines d'application des bandes HTS ne se limitent pas aux réacteurs à fusion.- -Ils incluent le transfert d'énergie sans perte, les avions et porte-conteneurs sans carbone, les systèmes RMN sans hélium, les systèmes de propulsion avancés pour engins spatiaux, et bien plus encore. Ces applications stimulent croissance annuelle à deux chiffres sur le marché des bandes HTS, l'urgence d'investir dans les capacités de fabrication de bandes HTS est donc claire.
La bande HTS est l’une des technologies clés pour réaliser des réacteurs de fusion à confinement magnétique comme les tokamaks. Les conceptions des Tokamak sont plus simples, plus compactes et moins coûteuses à exploiter que les technologies précédentes. Les bandes HTS peuvent fonctionner à des températures de l'ordre de plusieurs dizaines de Kelvin, éliminant ainsi le besoin de systèmes de refroidissement coûteux basés sur une technologie non durable à l'hélium liquide. Les réacteurs à fusion à confinement magnétique devraient à terme être capables de produire des gigawatts d’électricité sans carbone avec un gain net de plus de 10 % et pourraient ainsi jouer un rôle important dans la transition mondiale vers l’énergie verte.
