Kürzlich der US-amerikanische Photonik-GigantKohärentund die japanische Faraday 1867 Holdings unterzeichneten eine Absichtserklärung (Letter of Intent, LOI) mit dem Ziel, die Herstellung von zu steigernHochtemperatur-Supraleitung(HTS)-Bänder für den weit verbreiteten Einsatz beim groß angelegten Einsatz von Fusionsreaktoren sowie zur Förderung der grünen Energiewende. Die Excimer-Laser von Coherent in Diese Zusammenarbeit verspricht breitere Anwendungsmöglichkeiten.
Im letzten Jahrzehnt hat die sich schnell entwickelnde Aussicht auf kohlenstofffreie Energie zu Fortschritten bei Tokamak-Geräten geführt und gleichzeitig die Nachfrage nach supraleitenden Hochtemperatur-Magnetbändern erhöht. Hochtemperatur-supraleitende Magnetbänder, eine Schlüsseltechnologie bei der Herstellung ultrastarker Elektromagnete, werden hauptsächlich in Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss eingesetzt, um Plasma einzuschließen und zu kontrollieren. Insbesondere Faraday Factory Japan LLC, eine japanische Tochtergesellschaft von Faraday 1867 Holdings, hat sich zum weltweit führenden Hersteller von Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetbändern (HTS) entwickelt.
Der LEAP-Excimerlaser von Coherent, ein gepulstes Laserdepositionsprodukt nach Industriestandard, hat dem Herstellungsprozess von Hochtemperatur-Supraleiterbändern einen erheblichen Schub verliehen.
Laut Tokamak Energy, einem britischen Fusions-Startup, dienen Magnetfelder dazu, geladenes Plasma in einem Tokamak-Gerät einzuschließen und zu kontrollieren. Diese starken Magnetfelder ermöglichen es dem Plasma, sich auf Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius zu erhitzen – die Schwelle, die erforderlich ist, damit die Kernfusion zu einer kommerziell nutzbaren Energiequelle wird. Danach ermöglichen die leistungsstarken Magnete in einem kugelförmigen Tokamak einen kompakteren Einschluss, wodurch die Plasmadichte und -leistung erhöht wird und gleichzeitig die teure Kühlung mit flüssigem Helium entfällt.
Starke Magnetfelder können erzeugt werden, indem hohe Ströme durch eine Reihe von Elektromagnetspulen geleitet werden, die das Plasma umgeben. Die Magnete sind mit einem von Tokamak Energy als „bahnbrechendes“ hochtemperatursupraleitendes Magnetband umwickelt.
Umgang mit funktionellen Beschichtungen
Faraday Factory Japan LLC, eine Tochtergesellschaft von Faraday 1867 Holdings, produziert seit 2012 hochtemperatursupraleitende Bänder. Die oben genannte Absichtserklärung bezieht sich auf die Strategie der japanischen Fabrik, die weltweite Nachfrage nach HTS-Bändern zu decken, und Coherent gibt an, dass die Nachfrage danach gestiegen ist Es wird erwartet, dass sich die Zahl der Tonbänder bis 2027 verzehnfacht.
Das japanische Unternehmen verwendet ionenstrahlunterstützte Abscheidung (IBAD), gepulste Laserabscheidung (PLD), Silber-Magnetron-Sputtern und elektrochemische Kupferbeschichtung, die mehrere Herstellungsschritte zur Herstellung solcher Bänder erfordern. Von diesen ist die Excimer-basierte gepulste Laserabscheidung (PLD) die einzige bewährte Massenproduktionsmethode zur Herstellung von Seltenerd-Barium-Kupferoxid-Filmen (REBCO) mit den für mehrschichtige HTS-Bänder erforderlichen Qualitäten.
„Pulsed Laser Deposition (PLD) ist ein wirksames Werkzeug zur Herstellung hochwertiger Funktionsbeschichtungen“, beschreibt Faraday Plant auf seiner Website. Der Abscheidungsprozess wird dadurch erzeugt, dass eine Wolke von Laserstrahlen auf ein Ziel auf einem Metallband mit einer Pufferschicht in der Höhe trifft Temperaturen.HTS-Verbindungen sind komplexe Oxidmaterialien, und das PLD-Verfahren spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Hochtemperatur-Supraleiterschichten mit streng kontrollierter Zusammensetzung, Dicke und Mikrostruktur.“
Die mit Coherent unterzeichnete Absichtserklärung soll eine Strategie zur Steigerung der Fertigungskapazitäten für Hochtemperatur-Supraleiter mithilfe des „LEAP“-Lasers des Unternehmens skizzieren.
„Die LEAP-Excimerlaser von Coherent sind der Industriestandard für programmierbare Logikgeräte zur Verwendung bei der Herstellung von HTS-Bändern“, sagte Coherent. „Die LEAP-Laser basieren auf emittierenden Quellen aus Argonfluorid (ArF), Kryptonfluorid (KrF) und Xenonchlorid (XeCl). bei 193 nm, 248 nm bzw. 308 nm und liefert Ausgangsleistungen von bis zu 300 W. Sie sind bereits in verschiedenen industriellen Anwendungen im Einsatz, beispielsweise als Laserlifter zur Herstellung organischer LED- und MicroLED-Displays.
Jenseits der Fusion
Kai Schmidt, Senior Vice President der Excimer-Laser-Geschäftseinheit von Coherent, sagte: „Wir wissen, dass die am Fusionsenergiewettlauf beteiligten Länder hart daran arbeiten, die Lieferkette für Hochtemperatur-Supraleiterbänder zu beschleunigen, die jährlich um Tausende von Kilometern wächst.“ um die Fusionstechnologie zügig voranzutreiben.“
Sergey Lee, repräsentativer Direktor des japanischen Werks von Faraday, fügte seinerseits hinzu: „Wir arbeiten seit mehr als einem Jahrzehnt mit Faraday 1867 zusammen und unsere Laser sind bestrebt, eine wichtige Rolle in der Hochlaufphase der HTS-Bandproduktion zu spielen.“ . Die Anwendungsbereiche für HTS-Bänder beschränken sich nicht nur auf Fusionsreaktoren- -Sie umfassen verlustfreie Energieübertragung, CO2-freie Luftfahrt- und Containerschiffe, heliumfreie NMR-Systeme, fortschrittliche Antriebssysteme für Raumfahrzeuge und mehr. Diese Anwendungen sind treibend Der Markt für HTS-Bänder verzeichnet ein zweistelliges jährliches Wachstum, daher ist die Dringlichkeit einer Investition in die Produktionskapazitäten für HTS-Bänder klar.“
Das HTS-Band ist eine der Schlüsseltechnologien zur Realisierung von Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss wie Tokamaks. Tokamak-Designs sind einfacher, kompakter und kostengünstiger im Betrieb als frühere Technologien. HTS-Bänder können bei Temperaturen im Bereich von mehreren zehn Kelvin betrieben werden, sodass keine teuren Kühlsysteme erforderlich sind, die auf der nicht nachhaltigen Flüssighelium-Technologie basieren. Es wird erwartet, dass Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss letztendlich Gigawatt kohlenstofffreien Strom mit einem Nettogewinn von mehr als 10 Prozent erzeugen können und somit möglicherweise eine wichtige Rolle beim globalen Übergang zu grüner Energie spielen.
