Star Ring Fusion завершила испытания быстрого разряда при криогенной температуре 20 К модели центрального соленоида (CSMC) для сферического токамака

Star Ring Fusion (HTS) недавно объявила, что её самостоятельно разработанная модель центрального соленоида (CS) для сферического токамака (токамак) успешно прошла испытания криогенного токопропускания при 6350 А и быстрого разряда в жёстких криогенных условиях. Результаты испытаний показали, что максимальное магнитное поле магнита достигло 10 Тл, а скорость изменения магнитного поля — 63 Тл/с, что обновило известный на данный момент рекорд скорости изменения магнитного поля среди термоядерных сверхпроводящих магнитов.

Данное испытание проводилось при криогенной температуре 20 К (-253 ℃). Магнит не только успешно достиг максимальной напряжённости магнитного поля 10 Тл при центральном поле 7,6 Тл, но и успешно прошёл испытание быстрого разряда, необходимого для омического разряда токамака. Являясь инженерным проверочным образцом для разработки CS-магнита установки CTRFR-1 (Star Ring One), данное испытание всесторонне подтвердило ключевые этапы — от проектирования, изготовления и сборки до криогенной эксплуатации и разрядных испытаний.

Высокая инженерная плотность тока и способность к быстрому разряду являются выдающимися характеристиками данного магнита центрального соленоида. Внутренний диаметр магнита составляет 350 мм, наружный диаметр — 520 мм, высота — 270 мм, индуктивность — 71 мГн. Плотность тока в ленте составляет около 290 А/мм², а с учётом каркаса, соединений и охлаждающих пластин инженерная плотность тока достигает 120 А/мм², что в полной мере демонстрирует ведущий технологический потенциал Star Ring Fusion в области компактных магнитов центрального соленоида с высокой плотностью тока и высокой скоростью изменения магнитного поля.

В ходе криогенных испытаний магнит обеспечил стабильное токопропускание при 6350 А и прошёл испытание быстрого разряда, при этом максимальная скорость изменения тока достигла 40 кА/с, максимальное напряжение — 2850 В, что соответствует напряжению обхода установки 6,75 В. Результаты испытаний подтвердили, что магнит полностью способен выдерживать электромагнитные силы и тепловые нагрузки в процессе высокотокового возбуждения и быстрого разряда. Что ещё важнее, после десятков циклов токопропускания, размагничивания и быстрого разряда основные характеристики магнита и ключевые испытательные сигналы оставались в норме, что подтвердило осуществимость его электромагнитного проектирования с высокой плотностью тока, технологии изготовления катушек и общей сборки, схемы криогенного охлаждения, а также траектории работы быстрого разряда.

Для синхронной проверки характеристик магнита Star Ring Fusion также провела волоконно-оптический мониторинг ключевых физических величин магнита и основных конструкций. С помощью самостоятельно разработанного волоконно-оптического демодулятора сигналы оптоволокна в одной и той же точке были сопоставлены с сигналами традиционных тензодатчиков и температурных датчиков. Предварительные результаты показали, что волоконно-оптический мониторинг и традиционные методы измерений демонстрируют высокую согласованность изменений сигналов, что предоставляет новый технологический путь и средства для мониторинга состояния крупногабаритных магнитов. Волоконно-оптический мониторинг открывает перспективы для многоточечного восприятия состояния внутри и на поверхности магнита, выявления локальных аномалий, обеспечивая безопасную и надёжную эксплуатацию будущих крупногабаритных магнитов.

Данное испытание в полной мере отразило способность Star Ring Fusion к интеграции полной цепочки систем, охватывающей все этапы — от обработки сверхпроводящей ленты и изготовления катушек до интеграции криогенной испытательной системы. Компания использовала уже имеющееся самостоятельно разработанное оборудование и технологическую систему, а с учётом потребностей в лентах с оболочкой, компактных конструкциях и испытаниях быстрого разряда завершила разработку и интеграцию технологий оболочки и пропитки лент, ключевых компонентов (таких как изоляционные клеммы охлаждающих трубопроводов, транспозиционные соединения магнита, токовводы), а также системы прерывателей цепи. Самостоятельно разработанная система прерывателей цепи обеспечивает максимальное напряжение до 5 кВ, максимальный ток 9 кА, время отключения менее 10 μs и успешно выполнила управление быстрым разрядом магнита в режиме 6350 А.

Кроме того, Star Ring Fusion использовала самостоятельно разработанный комплексный прибор для экстремальных физических испытаний (EPIC) для сбора сигналов, а также самостоятельно спроектировала и собрала криогенную и вакуумную системы и систему управления, обеспечив единый мониторинг и управление возбуждением, размагничиванием, быстрым разрядом магнита, системой охлаждения и состоянием защиты.

В будущем Star Ring Fusion планирует провести испытания возбуждения и разряда данного модельного магнита центрального соленоида при 12 Тл и выше, а также многократные повторные разрядные испытания при 10 Тл и выше, одновременно выполняя точное измерение и оценку потерь на переменном токе. Последующие работы по разработке магнитов также неуклонно продвигаются, включая разработку PFMC-магнита, скорый запуск самостоятельно разработанных высокотемпературных сверхпроводящих токовводов и самостоятельно разработанного сверхпроводящего импульсного источника питания, а также завершение физического и инженерного проектирования CTRFR-1. Ожидается, что в 2027 году Star Ring Fusion начнёт серийное производство магнитов для установки CTRFR-1 в Шанхае.