Yanchao Fusion Energy завершила ключевые операции по изготовлению трехмерного сверхпроводящего прототипа катушки нестандартной формы для стелларатора

На днях компания Yanchao Fusion Energy (Shanghai) Technology Co., Ltd. завершила две ключевые операции по изготовлению трехмерного сверхпроводящего прототипа катушки нестандартной формы с броней из высокопрочной нержавеющей стали для стелларатора: трехмерную прецизионную намотку и изоляционную обмотку относительно земли. Отклонение общей трехмерной геометрической формы катушки стабильно контролируется на уровне миллиметров, что свидетельствует о том, что компания в производстве сверхпроводящих магнитов для стационарных стеллараторов с высоким магнитным полем в целом освоила ключевые технологические этапы, включая подбор материалов, трехмерное прецизионное формообразование и изоляционную обмотку.

Стелларатор является важной установкой для исследований в области стационарного управляемого термоядерного синтеза, а трехмерные сверхпроводящие катушки используются для формирования сложного магнитного поля, необходимого для удержания плазмы. В отличие от обычных плоских катушек, катушки стелларатора обычно имеют неплоскую пространственную структуру с непрерывно изменяющейся кривизной, что предъявляет высокие требования к точности формообразования проводника, механическим свойствам и надежности изоляции.

Как сообщается, в настоящее время в некоторых международных установках используется броня из алюминиевых сплавов или медных проводников. Компания Yanchao Fusion Energy на этот раз выбрала броню из высокопрочной нержавеющей стали, предел текучести которой при низких температурах превышает 700 МПа, что обеспечивает хорошую усталостную прочность и ударную вязкость, повышая несущую способность магнита в условиях высокого магнитного поля, больших токов и сильных электромагнитных нагрузок. Данный прототип катушки был изготовлен на специализированной производственной линии компании для трехмерных сверхпроводящих магнитов нестандартной формы для стеллараторов.

Трехмерный сверхпроводящий прототип катушки после завершения изоляционной обмотки относительно земли

Трехмерное прецизионное формообразование является одной из основных сложностей при изготовлении катушек данного типа. Окно пластического формообразования нержавеющей стали относительно узкое, после изгиба и скручивания легко возникают остаточные внутренние напряжения, которые могут привести к искажению поверхности и смещению контура; при многослойной и многовитковой укладке ошибки формообразования также постепенно накапливаются. Компания Yanchao Fusion Energy разработала комбинированный процесс формообразования изгиб—скручивание на основе итеративного численного моделирования и технологических испытаний, обеспечивающего прогнозирование и компенсацию пружинения нержавеющей стали, а также замкнутый контроль натяжения при намотке и искажения поперечного сечения проводника.

В настоящее время компания завершила намотку и формообразование полного комплекта катушки из нержавеющей стали с броней, состоящей из 72 витков. Катушка имеет конструкцию из 6 слоев по 12 витков в каждом, отклонение общей трехмерной геометрической формы контролируется на уровне миллиметров, а геометрические показатели соответствуют требованиям к конструкции сложного магнитного поля.

После завершения намотки катушки компания Yanchao Fusion Energy также провела операцию изоляционной обмотки относительно земли. Для решения проблем деформации и качества изоляции, которые могут возникнуть при изоляционной обмотке трехмерных катушек, компания применила метод многоточечной фиксации формы при изоляционной обмотке относительно земли, оснащенный жесткой цельной рамой и разъемными профильными фиксирующими приспособлениями. Прототип катушки прошел непрерывную многослойную изоляционную обмотку относительно земли по всей поверхности, толщина изоляционного слоя равномерна, отсутствуют такие дефекты, как расслоение и вздутие, а соответствующие показатели удовлетворяют требованиям эксплуатации в условиях экстремально низких температур и сильных магнитных полей.

На следующем этапе компания Yanchao Fusion Energy планирует провести последующие технологические операции, включая вакуумно-нагнетательную пропитку и сборку сверхпроводящих соединений с сопротивлением наноомного уровня, а также приступить к комплексным испытаниям сверхпроводящих характеристик в условиях экстремально низких температур и сильных магнитных полей для проверки электромагнитных свойств и долгосрочной надежности изоляции обмотки с броней из нержавеющей стали.