Los láseres Excimer de la serie Leap de coherente son clave para producir cintas superconductoras que se necesitan en grandes cantidades para imanes de fusión de alto campo.
En la carrera para aprovechar el poder de las estrellas, el enfoque de fusión de confinamiento magnético ha abordado durante mucho tiempo el desafío de incluir el plasma a temperaturas más calientes que el sol. Durante décadas, los imanes superconductores hechos de conductores de cobre o superconductores de baja temperatura basados en aleaciones de niobio (LTSS) han sido la columna vertebral de los diseños de reactores de fusión nuclear. Sin embargo, el advenimiento de las cintas de superconductores de alta temperatura (HTS) en los pisos de producción en la última década ha creado un avance en el rendimiento del magnet de Fusion.
Cinta HTS que transforma los paisajes de fusión
Las cintas HTS basadas en capas Policristaline RebCO (óxido de bario de tierras raras) pueden transportar enormes corrientes mientras operan a temperaturas y campos magnéticos que son significativamente más altas que sus contrapartes LTS. El advenimiento comercial de este material ha permitido el diseño de reactores de fusión más compactos, eficientes y potentes. Con imanes de fusión basados en HTS, ahora se pueden lograr campos magnéticos superiores a 20 T. En términos generales, duplicar el campo magnético de un tokamak o dispositivo estelarador reduce el volumen del reactor en 40 veces sin sacrificar la potencia. Esto redujo el costo y la complejidad del prototipo de fusión y aceleró la línea de tiempo para la viabilidad comercial de la energía de fusión limpia.
La reducción de la producción de superconductores de alta temperatura (HTS) es importante para desbloquear las posibilidades de la energía de la fusión magnética. Con fondos principalmente privados en alrededor de $ 10 mil millones, la industria de la fusión se está moviendo rápidamente hacia la comercialización. Según el último informe de la Fusion Industry Association, el último informe de más de 50 compañías combinadas, 25 compañías siguen un enfoque de fusión de confinamiento magnético, con el 75% de todas las compañías combinadas que esperan comenzar a impulsar la red en 2035.
Para lograr este hito, se requerirá que se construyan muchos dispositivos de fusión magnética basados en HTS, y actualmente consume grandes cantidades de cintas HTS son órdenes de magnitud más fáciles que la capacidad de cinta HTS global de aproximadamente 10,000 km por año.
Crecimiento de películas delgadas cristalinas por medidor
En la fabricación de cintas HTS, las propiedades de superconductividad de la cinta están determinadas en gran medida por la calidad de un pequeño número de capas Rebco delgadas de micras que crecen continuamente en sustratos de cinta hasta cientos de metros de largo.
Varios métodos de deposición química y física, como la deposición de la solución química, la deposición de vapor químico, la pulverización de magnetrón, la deposición del haz de electrones y el depósito de láser pulsado (PLD) utilizando láseres Excimer para lograr películas REBCO lisas y uniformes con granos bien alineados y materiales auxiliares adecuados para capas de materiales adyacentes.
Dibujando los PLD que se destacan de la multitud, Rebco-Films exhibe estructuras de crecimiento únicas que sirven una excelente densidad de corriente crítica en campos magnéticos altos de hasta 20 t y más. Hoy, PLD es el método dominante de fabricación de REBCO que proporciona todo tipo de imanes de fusión basados en HTS y bobinas de imanes de alto campo para espectrómetros de RMN de alta resolución.
PLD aprovecha la oportunidad para ponerse de pie
Los PLD se conocen durante mucho tiempo como un excelente método para cultivar películas de óxido de alta calidad con sustratos de tamaño de centímetro sub-cuadrado. Hasta la fecha, miles de sistemas PLD basados en láser Excimer están en uso durante varias horas al día, con frecuencias de pulso de un solo dígito del laboratorio de material. En una década, el advenimiento de las fusiones basadas en HTS ha creado una demanda sin precedentes de películas PLD-ReBCO. Un solo reactor prototipo puede consumir material de cinta que típicamente tiene 4 mm de ancho, 4 mm. Esto corresponde a un área total de deposición de películas de REBCO de 40,000 m². Este es el tamaño de casi seis campos de fútbol.
Ingrese la plataforma láser de salto excimer
Diseñada para un procesamiento de película delgada de alta velocidad y de gran área, la plataforma láser Excimer Excimer coherente ha seguido esta demanda con niveles de potencia crecientes de hasta 300 W en la longitud de onda de salida requerida de 308 nm y actualmente es adoptada por todos los principales proveedores de cintas HTS. Para expandir la capacidad de producción de la cinta, se han construido nuevos FAB y albergan sistemas PLD basados en múltiples LEAP 300 W que operan con la capacidad anual de las cintas HTS varios km a la máxima resistencia. Como se espera que la demanda de TTS-Tape ya aumente en la próxima ola de prototipos y reactores de fusión a escala de red, el salto de próxima generación a 600 W se introdujo en junio de 2025 en la Feria del Mundo de Photonics en Munich. Con una mejor coinnovación, rendimiento y vida útil, el LEAP 600 W es el láser PLD más rentable del mercado.
Leap 600 – Un gran salto hacia el reactor de energía de la red
Debido a que PLD es el paso del proceso de decisión de tarifa y rendimiento para el piso de producción de cinta HTS, el LEAP 600 W está listo para convertirse en el pin de enlace para la inminente expansión de la capacidad de cinta HTS Global.
El Leap 600C es un láser Excimer de vanguardia desarrollado y producido en la instalación de láser excimer coherente en Goettingen, Alemania. Operando a una longitud de onda de 308 nm, está especialmente diseñada para la fabricación de cintas HTS a escala industrial.
El láser Leap 600 C Azecimer presenta tecnología de inyección activa sobre la marcha, triplicando el tiempo de ejecución y duplica el rendimiento de la cinta HTS por sistema PLD.
Hasta la fecha, la escala de las cintas HTS se ha considerado un cuello de botella para lograr el próximo hito del reactor de fusión debido a la capacidad limitada. El Leap 600 se introdujo en el mercado de cintas HTS con un enfoque claro en este cambio de fotos.
Una industria de la fusión, tan importante como el siguiente nivel de escala de capacidad para las cintas HTS que cambian el juego, debe cumplir con los objetivos de costo de energía establecidos por las centrales de energía de carbón, gas y nuclear existentes. Como los imanes constituyen la mayoría del reactor, en la siguiente ola de imanes de reactores de cuadrícula, la adquisición de cinta HTS se guía en gran medida por la relación de precio de rendimiento.
Con la economía de estos mercados de fusión en mente, el Leap 600 está diseñado para proporcionar una rentabilidad sin precedentes, proporcionando no solo la mayor potencia sino también el costo más bajo por vatio para la familia de productos láser de Excimer Excimer.
Con este fin, los desarrollos innovadores, como la inyección de gas activa en el vuelo, aumentan en gran medida el intervalo entre los intercambios de gas del LEAP 600, que los operadores deben realizar regularmente. Por lo tanto, durante el intercambio de gases, pudimos lograr longitudes de lotes significativamente más largas y lotes más consecutivos.
Los costos relacionados con el láser son un pequeño porcentaje de gráficos de costos de fabricación de cintas HTS, pero tales innovaciones son pasos esenciales en la dirección correcta para preparar la cadena de suministro y colocar reactores de fusión magnética basados en HTS disponibles comercialmente lo más rápido posible.
Fusión y más allá: mira hacia el futuro
Las cintas de HTS con llamas de llamadas continuas a través de un escalado impulsado por PLD están listas para reconstruir nuestro futuro de varias maneras transformadoras, a través de su papel de hacer que la fusión de confinamiento magnético sea más eficiente y económicamente viable. Si tiene éxito, Fusion proporcionará energía sin carbono prácticamente infinita, reducirá la dependencia de los combustibles fósiles y mitigará el cambio climático. Gracias a las cintas HTS, las máquinas de fusión se pueden construir pequeñas y cerca de lugares donde se necesita energía, como en centros urbanos, áreas industriales o áreas remotas. Esta descentralización podría revolucionar la infraestructura energética y la resiliencia.
Las cintas de HTS no solo avanzan la fusión como el santo grial de la generación de energía, sino que rápidamente empujan los límites de la distribución de energía a través de cables superconductores de alto voltaje y varios otros componentes de la cuadrícula superconductora.
Además, en numerosos campos de aplicación, como la física de partículas, los imanes aceleradores de imágenes médicas y biológicas (MRI/RMN), las cintas HTS permiten avances en sistemas rentables y de eficiencia energética, en lugar de superconductores fríos tradicionales.
El transporte es otra área que se beneficiará enormemente del uso de cinta HTS. Desde viajes ultra rápido y sin fricción a través de trenes Maglev equipados con imanes HTS hasta aviones eléctricos y barcos ejecutados por motores HTS livianos y altamente eficientes.
En resumen, las cintas HTS pueden revolucionar nuestro mundo al permitir tecnologías previamente limitadas por ineficiencia, tamaño o costo de energía. Las transformaciones superconductoras en todo el mundo ya han comenzado. Se deben producir cientos de miles de kilómetros de cinta HTS en el camino por delante. El Leap 600, combinado con la sofisticada tecnología del sistema PLD de 3 cambios, está en el corazón del éxito.
Este artículo también se presentará en la 24ª edición de Quarterly Publishing.
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