מוליכים סופר-מזמן גבוהה (HTS) הופיעו ככוח טרנספורמטיבי במחקר אנרגיה היתוך, פתיחת אפשרויות חדשות עבור מערכות חשמל מגנטיות שהיו בעבר בלתי ניתנות להשגה עם מוליכים בעלי-על בטמפרטורה נמוכה (LTS) על ידי הפעלת אתגרים גבוהים יחסית, חומרים HTS מאפשרים עיצוב של מגנטים קומפקטיים יותר, חזקים, עלות יעילה, דרך יעילה יותר של תכונות אלה, עיצוב, פיתוח יעיל, עיצוב, עיצוב של תכונות בסיסיות, עיצוב, עיצוב, כוח ספציפי, עיצוב, עיצוב, פיתוח יעיל יותר, עיצוב, עיצוב, כוח, כוח, עיצוב של תכונות התפתחות אסטרטגית, עיצוב, עיצוב של מגנטיות, עיצוב, עיצוב, עיצוב של מגנטיות בעתיד.

מה הם Superconductors בעלי מתח גבוה?

מוליכים סופר-טמפרטורה גבוהה הם קרמיקה המציגה אפס התנגדות חשמלית בטמפרטורות מעל נקודת הרזה של חנקן נוזלי (77 K, או - −196 ° C) זה ניגוד כוכבים לחומרים LTS קונבנציונליים, כגון niobium-titanium (NbTi) ו Niobium-tin (Nb3Sn), הדורש קירור ל-4K (269) בעוד שמיוצרים לעתים קרובות סגסוגת נוזלית (NCO) ו-Hicolicial) (Nbt)).

(ב) ב[[1924]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ב[[1924]]]]]]

יתרונות עיצוב FUUSC

אימוץ חומרים HTS במגנטי היתוך מציע כמה יתרונות משכנעים שמטפלים ישירות במגבלות של מערכות מבוססות LTS. להלן, אנו בודקים כל יתרון בפירוט.

שדות מגנטיים גבוהים יותר

כורים של פיוז'ן מסתמכים על שדות מגנטיים חזקים כדי להגביל את הפלסמה החמה ולשמור על יציבותה.ל.ממגנטים הם בדרך כלל מוגבלים לשדות מגנטיים של כ-15-20 T בשל השדה הקריטי התחתון שלהם (ראה:0BirFLT:1FOVA:2c2FLT 3) כולל חומרים מגנטיים (HTS), במיוחד מחסנים של YB Systems, יכולים לפעול מעל 30 T בעודם עדיין גבוה יותר מאשר לחץ גבוה יותר מאשר היתוך (R) ו-Fever) ל- 2CRMFLCDV) ל-R) של חומרים קיבולת גבוהה יותר ל-R.

עלויות קירור

מגנטים LTS דורשים קירור helium נוזלי, אשר יקר ומסתמך על תשתיות Cryogenic מורכבות. Helium הוא משאב סופי, ושמירה על איכות תפעולית משמעותית ומורכבות. HTS ניתן לקרר עם חנקן נוזלי (77 K) או, יותר עבור היתוך, עם Cryocoolers תפעול ב 20-30 K.הטמפרטורות התפעוליות גבוהות יותר להפחית את יעילות Carnot: קירור על פשטות של 1/10 ליטרים, צריכת אנרגיה נמוכה יותר על פני פשטות K.

עיצוב קומפקטי

היכולת לייצר שדות מגנטיים חזקים יותר עם HTS מתרגמת ישירות לרכיבי מגנטיים קטנים יותר עבור כוח שדה מסוים.קומפקטי מגנטים להפחית את טביעת הרגל הכוללת של כור ההיתוך, המאפשר עיצוב מודולרי יותר, עלות יעיל.לדוגמה, ל- SPARC tokamak יש רדיוס גדול של רק 1.83 מ', בהשוואה לרדיוס של I, אך היא שואפת להשיג ביצועים דומים (Q 10) יותר, גם כן, כמות גדולה יותר של צמיחה מבנית, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, לעומת 1.

שיפור יכולת וגמישות

[המגנטים] מפגינים התנגדות גדולה יותר למצבים מסוימים של כשל, כגון quench (אובדן פתאומי של מוליכות על-טבעית) לקלטות HTS יש שולי יציבות תרמיים גבוהים יותר, כי הם יכולים לספוג יותר חום לפני העולה מעל הטמפרטורה הביקורתית שלהם. הנכס הזה מקטין את הסיכון של נזקי quench קטסטרופליים שעלולים להתרחש ב-LTS מגנטים.

השפעה על פיתוח Fusion Reactor

שילוב HTS שינה את הנוף של עיצוב כור ההיתוך, שינוי המיקוד של מכונות גדולות, יקרות LTS מבוסס לעבר מכשירים קטנים יותר, זריזים יותר שמטרתם להשיג אנרגיה נטו מוקדם יותר.

עקבו אחרי קומפקטי Tokamak

טוקמטים מסורתיים כמו ITER משתמשים במגנטים LTS מסיביים כדי להשיג שדות מגנטיים סביב 11 T. בעוד ITER צפוי לייצר כוח נטו (Q ⁇ 10), גודלו ועלותו (המוגדרים ביותר מ-20 מיליארד דולר) להפוך אותו לניסוי חד פעמי של HTS, לעומת זאת, מאפשר מגנטים של חברת DUS (C) ל-HMAC) ל-CS (C) ל-TKDUSC) ל-CVicicic®TMAC) ל-C) ל-HTSC) מגנטים קטנים יותר מ-CVS (מרכז DUSCLLCLLCLLCLLCLLC) ל-CLLCLLC) ל-CLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLC) ב-CLLCLLCUMLLCLLCLLCUMLLCLLCLLCLLCUMLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLCLLC (מרכז אנרגיה (C) ל-CLLCLLCLLCLLC

השפעה על סטלרטורים ומושגים אחרים

(המכונים ניתוח יציב ללא זרם פלזמה, גם נהנים HTS.The Wendelstein 7-X stellarellarator בגרמניה משתמשת LTS, אבל ממריצים עתידיים יכולים לאמץ HTS כדי ליצור שדות מגנטיים גבוהים יותר ולהקטין את הגודל הכולל.השדה המשופר מ-HTS יכול לשפר את פלסמה ויציבות, מה שהופך סטרולים תחרותיים יותר עם ק"מ, בנוסף למושגים מתקדמים (Fact) לנפח של דגם ה-HTS (Ric) ל-HFactation) לנפח 3 קומפקטי יותר ל-HTS) כדי להשיג את ה-HTS (Ric) כדי להשיג את ה-HTS) של קומפקטי יותר ל-HTS (Ric) כדי להשיג את ה-HTS) של דגם ה-HTS (DLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCDLCD) כדי להשיג את ה-HTS) כדי להשיג את ה-HTS (Ric) כדי להשיג קומפקטי יותר תחרותי יותר, אשר יכול לשפר את ה-HTS (R) כדי להשיג את ה-HTS) כדי להשיג את ה-HTS) כדי להשיג את ה-

פיתוח: HTS Tape הפקה

בעשור האחרון, העלות והזמינות של קלטות HTS השתפרו באופן דרמטי. חברות כמו SuperPower (כיום חלק מ- Furukawa Electric), AMSC (American Superconductor), ו-HBCO הדביקו את המוליכים המצופה של YBCO באמצעות טכניקות כגון IBAD (ion-beam-sed Energy) ו- MOCVD (התמ"תמאורגניציה של קרינת חצבת) גבוהה יותר מ-A5 ק"מ-A) לעומת ממוצע של 1 ק"מ-A) יש עלייה של קיבולת גבוהה יותר מ-A5 ק"מ-A) לעומת ממוצע של 1 ק"מ-A.

אתגרים ולהישאר Hurdles

למרות הבטחתם, חומרי HTS מציגים אתגרים טכניים רבים שיש להתגבר עליהם לפני אימוץ נרחב בכורי היתוך מסחריים.

סוגי בריפל ונכסים מכניים

חומרים HTS הם תרכובות קרמיקה, כלומר הם בשפע ורגישים לפצח תחת לחץ רבילי. במגנט היתוך, סלילים כפופים לכוחות לורנץ גדולים שיכולים לייצר לחצים של כמה מאות מגה-פאסקליות.אם ה- HTS סדקים, הנוכחי הקריטי שלו פגום irversly.co. , כדי להפחית את זה, קלטות HTS לעתים קרובות עם נחושת או מייצבים יותר, כגון כוננים מכניים, 000).

הגנה ויציבות

קונצ'נט ב-HTS מגנטיות מורכב יותר מאשר ב- LTS. בעוד HTS יש שולי תרמי גבוה יותר, מהירות הפחתת אזור רגיל (NZPV) ב HTS היא נמוכה מאוד - לעתים קרובות רק כמה ס"מ / לעומת מטרים / s ב LTS. זה אומר כי ריצוף מקומי יכול לא להפיץ הגנה מהירה מספיק כדי להיות מזוהה לפני נזקי המיקום החמים של ה- ספקטרום מתקדם, כמו חיישנים כגון מגנטים במהירות, כמו גם מגנטים, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 כוח, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000 יעיל של מגנטיות, 000, 000, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000 יעיל, 000, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000 כוח, 000, 000 יכול גם לא יכול להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל לא יכול להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל

עלויות ייצור גבוהות ו Scalability

למרות שעלויות קלט HTS נפלו, הם עדיין סדר גודל גבוה יותר מאשר LTS עבור ביצועים שווים. עבור כור היתוך מסחרי הדורש מאות קילומטרים של קלטת, העלות יכולה בקלות לעלות על מיליארד דולר. Scaling הייצור כדי להפחית את העלות עבור kA-m הוא קריטי יותר, הייצור של קלטות HTS ארוכות טווח עם תכונות הוא מאתגר; פגמים או חלש יכול להגביל את היכולת הנוכחית של מגנט נוסף דרושה מחדש.

התנגדות משותפת וחיסולים

במגנטים גדולים, לעתים קרובות יש צורך להציג קלטות מרובות HTS יחד או לחבר אותם כדי כוח מוביל.פרקים במוליכים HTS בדרך כלל יש התנגדות סופית (מתוך סדר ננו-המס) בשל הצורך בהעברה הנוכחית בין כסף או שכבות נחושת.על מגנט גדול, ההתנגדות המשותפת הזו יכולה להוביל לעומסים משמעותיים בטמפרטורות Cryogenic, הגדלת דרישות כוח קירור.

אפשרויות לעתיד ודרכים מחקר

העשור הבא יהיה מרכזי עבור היתוך מבוסס HTS. מספר אבני דרך באופק:

  • (FLT:0) מחיקת רווח האנרגיה הנקי: קיד 1 (SPARC) מתוכנן להתחיל לפעול בשנת 2025–2026, במטרה לתקן את ⁇ 2.הצלחה תאמת את מגנטים HTS בסביבה של היתוך כוח גבוה.
  • (FLT:0) צמחים וכורים של DEMO: ההרחבה 1 (FLT:1) בהתבסס על תוצאות SPARC, CFS מתכננת לבנות ARC, מפעל היתוך טייס 200 MWe, בתחילת 2030.
  • (ב) [13] חומרים מתקדמים: ⁇ 1 (FLT:103) מרכיבים המבוססים על ברזל וכוסים עתיריים גבוהים יותר (עם FLT:2TigFLT 3: 3,3R:4cve:5> 120 K) נחקרים עבור ביצועים טובים יותר של מימן עשיר בלחץ גבוה מציעים את האפשרות של חדר-זמן-זמן: 5 / 120 K) הם לא סבירים למגנטיות, למרות שהם לא סבירים אלה.
  • (FLT:0) למידה של מחשב עבור עיצוב חומרי:FLT:1 גישות מונעות AI משמשים כדי לייעל את מבנה ה- HTS, לשפר את ההווה הקריטי, ולנבא ביצועים בתנאים התפעוליים.
  • (FLT:0) שילוב עם אחסון אנרגיה:FearLT:1 , מגנטים HTS יכול לשמש גם מערכות אחסון אנרגיה מגנטית על-מוליכים (SMES), מתן תגובה מהירה תנודות רשת. Fusion צמחים מצוידים עם מגנטים HTS יכול לכלול באופן טבעי SMES עבור צרכי חשמל מותקפים או ייצוב רשת.

השלכות רחבות יותר מעבר ל- Fusion

בעוד היתוך הוא יישום גבוה פרופיל, הטכנולוגיה HTS יש השפעות מרחיקות לכת. ברפואה, מגנטים HTS מאפשרים מערכות MRI ו- NMR עם פתרון משופר וגודל קטן יותר.בהנדסת חשמל, HTS פוגעות במגבלה הנוכחית, ממירים וכבלים להיות פרוסים כדי לשפר את יעילות הרשת ואמינות.

מסקנה

מוליכי העל של טמפרטורות גבוהות מייצגים שינוי פרדיגמה בעיצוב היתוך מגנטי, המאפשר שדות מגנטיים גבוהים יותר, עלויות קירור נמוכות יותר, כורים קומפקטיים יותר, ועמידות מוגברת.שילוב HTS הוליד גל של יוזמות פרטיות וציבוריות שמטרתן להפגין רווח אנרגיה נטו בתוך העשור הזה, בעוד אתגרים כגון גלימה חומרית, הגנה מפני קונצ'נט, ועלויות ייצור, מחקר מתמשך והיקף תעשייתי הם בהתמדה של מערכות יחסים גבוהות יותר, אך גם כן, כמו גם כן, כמו גם עלייה משמעותית של כוח עליון, כמו גם על פני השטח המסחרית, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם על פני מגנטיות גבוהה יותר, כמו גם כן, כמו מגנטיות גבוהה יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו שפע של כוח עליון, כמו מגנטיות גבוהה, אבל כוח עליון, אבל כוח עליון, אבל כוח עליון, אבל כוח עליון, כמו מגנטי, אבל כוח עליון, אבל כוח עליון, אבל כוח עליון אחד, יכול להאיץ את ה-ה, אבל כוח עליון, אבל כוח, אבל גם כן, יכול להאיץ את ה-ה, כמו גם כן, אבל כוח עליון אחד, אבל כוח עליון אחד, בסופו של כוח עליון אחד, אבל