Институт физики плазмы Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук завершил разработку своей первой высокотемпературной сверхпроводящей трехмерной катушки-имитатора для усовершенствованного стелларатора.
Недавно Институт физики плазмы Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук (далее именуемый «Институт физики плазмы») в сотрудничестве с компанией Hefei Xihe Superconducting Technology Co., Ltd. (далее именуемая «Xihe Superconducting») добился значительного прорыва в разработке высокотемпературной сверхпроводящей трехмерной катушки для усовершенствованного стелларатора. Данное исследование завершило полную проверку физической конструкции усовершенствованного стелларатора, а также разработку ключевых технологий и технологического процесса изготовления высокотемпературной сверхпроводящей трехмерной катушки, открыв тем самым путь от физической конструкции к инженерному производству основных компонентов для усовершенствованных стеллараторных устройств. Исследование было поддержано ключевой программой исследований и разработок провинции Аньхой и проектом Института физики плазмы.
Усовершенствованная конструкция трехмерной катушки стелларатора, работающей при высоких температурах и обладающей сверхпроводящими свойствамиСтелларатор обеспечивает стационарную работу без плазменного тока за счет трехмерного несимметричного магнитного поля, естественным образом избегая риска разрушения, вызванного плазменным током. Однако он предъявляет чрезвычайно жесткие требования к трехмерной геометрии и точности изготовления магнитной системы. В рамках этого совместного исследования команда Института физики плазмы всесторонне спланировала общую техническую дорожную карту, обеспечив завершение разработки физической схемы и трехмерной конструкции катушки для высокотемпературного сверхпроводящего усовершенствованного стелларатора с большим радиусом 2 метра и центральным магнитным полем 5 Тл. Ключевые физические параметры позволили достичь потерь α-ионов в сердечнике менее 0,4%, удельного предела давления для линейной нестабильности баллонного режима более 4,2% и эффективной пульсации неоклассического транспорта менее 10⁻³, что свидетельствует о достижении всеми основными показателями международного уровня. Одновременно команда совместно завершила детальное проектирование высокотемпературной сверхпроводящей катушки с максимальным магнитным полем 16 Тл, всесторонне продемонстрировав ключевые параметры, схемы структуры катушки, выбор проводников и технологические процессы, заложив прочную теоретическую основу для последующего инженерного развития сверхпроводящих катушек.
Вакуумная пропитка высокотемпературной сверхпроводящей катушкиТрадиционные крупные сверхпроводящие катушки в основном имеют плоскую или правильную трехмерную форму, а линии по производству намоток поддерживают только двухмерную плоскую намотку. Для решения задач разработки нерегулярных трехмерных катушек для стеллараторов, команда Xihe Superconducting Team всесторонне рассмотрела управление пространственным скручиванием сверхпроводящих кабелей во время непрерывного трехмерного изгиба, успешно преодолев такие технические проблемы, как непрерывный, без натяжения, онлайн-анализ и точное формование бронированных проводников в процессе намотки катушек сложной формы. Благодаря совместным исследованиям они успешно завершили тестирование сверхпроводящих кабелей CORC (медных трубок) и создали специализированную производственную линию по намотке, успешно завершив намотку, формовку, VPI и криогенные испытания 6-витковой, 60-витковой высокотемпературной сверхпроводящей трехмерной макетной катушки для стелларатора CICC. Эта катушка представляет собой катушку в масштабе 1:1, имеющую окружность около 13 метров и средний радиус около 1,6 метра. Для снижения затрат на НИОКР был использован гибридный метод заполнения высокотемпературными сверхпроводящими кабелями CORC и макетными кабелями для исследования и проверки процесса трехмерного формирования высокотемпературной сверхпроводящей обмотки. Данные испытаний показывают, что общая точность контура лучше, чем ±1,5 мм, погрешность поперечного сечения катушки составляет ≤±1 мм, изменение поперечного сечения проводника до и после намотки составляет ≤0,1 мм, а коэффициент сохранения критического тока (Ic) проводника после намотки составляет ≥95%. Испытания охлаждения и включения макетной катушки были успешно завершены с первой попытки. Благодаря выбору проводника типа CICC и использованию структурного подхода, проверенного в течение длительного периода на уровне термоядерных установок, проект перешел в инженерную систему с более жесткими требованиями к согласованности, технологичности и интерфейсам доставки устройств, заложив прочную инженерную основу для крупномасштабного воспроизведения и системной интеграции последующих высокотемпературных сверхпроводящих устройств стеллараторов.
Высокотемпературная сверхпроводящая кабельная структура CORCУспешная разработка и тестирование этой усовершенствованной трехмерной высокотемпературной сверхпроводящей катушки-имитатора стелларатора подтверждает надежность всей технологической цепочки сложных трехмерных катушек стелларатора, что знаменует собой существенный шаг вперед в развитии собственных производственных возможностей моей страны по выпуску основных компонентов для усовершенствованных стеллараторов. В будущем Институт физики плазмы продолжит сотрудничество с отечественными партнерами для дальнейшего развития передовых исследований в области термоядерного синтеза с магнитным удержанием, внося научно-технический вклад в будущее развитие чистой энергетики страны.
Криогенные испытания критического тока высокотемпературной сверхпроводящей катушки
