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悬浮偶极场磁约束迎来里程碑,OpenStar Technologies超导磁体制造完成

2024-11-02 13:48     来源:CNF     悬浮偶极场磁约束 超导磁体制造 核技术

10月27日,位于新西兰惠灵顿的商业聚变公司OpenStar Technologies宣布,其计划建造的悬浮偶极场反应堆(LDR)的核心部件-超导磁体“Junior”已制造完成并开始通电测试,这也标志着悬浮偶极场聚变装置迎来了首个里程碑时刻。

Junior重达半吨,呈“甜甜圈形”,由14个使用ReBCO超导体的非绝缘线圈组成,每个线圈缠绕长达100圈,交替使用高温超导胶带和焊膏层,然后将线圈放入温控烘箱中,以均匀分布焊料。为了保证质量,它们在液氮(77K)中进行了测试并使用FEM(有限元建模)进行最终验证。线圈在30-50K的温度范围内以1.44KA的电流运行,达到5.6T的峰值并存储0.5MJ的能量。

Junior将会在没有连接外部电源的情况下,在真空室中间悬浮,同时产生约束等离子体。

Junior的结构设计可承受74吨的压缩力,可抵抗可能导致自爆的应力。大约一半的ReBCO导体用于形成中间线圈组的内线圈,其余线圈位于磁体的顶部和底部。更重要的是,该结构还必须保护容纳板载电源的零场区域。由于板载电源仅提供有限的功率,因此磁体必须间歇性地重新对接和充电。为此,OpenStar使用带有氦气回路的传导冷却,以保持达到磁体的低温工作温度。

想要使得超导磁体悬浮相对容易,首先利用机器将Junior吊装到位,然后用腔室顶部的第二个较小的磁体(即托举磁体)使超导磁体保持在悬浮位置。但是想要把悬浮磁体上的电源、电子设备和通信设备等子系统集成到一个不受磁场穿透的空腔中,这是具有挑战性的。为了实现线圈和子系统的最佳布置,OpenStar开发了一款用于悬浮偶极场的新型高温超导电源,并部署了一种称为差分进化的遗传算法,使得Junior在板载电源所在的磁腔中拥有接近零的磁场区域。

Junior拥有两个特点:一是允许无障碍约束,这类似于地球的磁层。这种甜甜圈形技术会产生一个向外延伸的动态磁场,从而在高能环境中实现有效的等离子体控制;二是其使用高温超导材料,与传统聚变装置相比,与传统的低温超导体相比,它对高温的耐受性更强,这一进步允许其在液氮水平下运行,在优化了能源效率和等离子体约束能力的同时,并降低了冷却系统的成本和复杂性。



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