Gần đây, gã khổng lồ quang tử của Mỹmạch lạcvà Faraday 1867 Holdings của Nhật Bản đã ký Ý định Thư (LOI) với mục tiêu mở rộng quy mô sản xuấtsiêu dẫn nhiệt độ cao(HTS) để sử dụng rộng rãi trong việc triển khai các lò phản ứng nhiệt hạch trên quy mô lớn cũng như giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng xanh. Laser kích thích của Coherent trong sự hợp tác này hứa hẹn sẽ có ứng dụng rộng rãi hơn.
Trong thập kỷ qua, triển vọng phát triển nhanh chóng của năng lượng không có carbon đã dẫn đến những tiến bộ trong thiết bị tokamak, đồng thời thúc đẩy nhu cầu về băng từ siêu dẫn nhiệt độ cao tăng lên. Băng từ siêu dẫn nhiệt độ cao, một công nghệ then chốt trong chế tạo nam châm điện cực mạnh, có ứng dụng chính trong các lò phản ứng nhiệt hạch giam cầm từ tính để giam giữ và điều khiển plasma. Đáng chú ý, Faraday Factory Japan LLC, một công ty con tại Nhật Bản của Faraday 1867 Holdings, đã nổi lên là nhà sản xuất băng từ siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) hàng đầu thế giới.
Laser kích thích LEAP của Coherent, một sản phẩm lắng đọng xung laser tiêu chuẩn công nghiệp, đã mang lại sự thúc đẩy lớn cho quy trình sản xuất băng siêu dẫn nhiệt độ cao.
Theo Tokamak Energy, một công ty khởi nghiệp về nhiệt hạch của Anh, từ trường có tác dụng giam giữ và kiểm soát plasma tích điện trong thiết bị tokamak. Những từ trường mạnh này cho phép plasma nóng lên tới nhiệt độ trên 100 triệu độ C - ngưỡng cần thiết để phản ứng tổng hợp trở thành nguồn năng lượng khả thi về mặt thương mại. Sau đó, các nam châm mạnh mẽ trong tokamak hình cầu cho phép giam giữ nhỏ gọn hơn, tăng mật độ và công suất plasma đồng thời tránh nhu cầu làm mát bằng helium lỏng tốn kém.
Từ trường mạnh có thể được tạo ra bằng cách truyền dòng điện cao xung quanh một dãy cuộn dây nam châm điện bao quanh plasma. Các nam châm được quấn bằng thứ mà Tokamak Energy gọi là băng từ siêu dẫn nhiệt độ cao "đột phá".
Xử lý lớp phủ chức năng
Faraday Factory Japan LLC, một công ty con của Faraday 1867 Holdings, đã sản xuất băng siêu dẫn nhiệt độ cao từ năm 2012. Ý định thư nói trên đề cập đến chiến lược của nhà máy Nhật Bản nhằm đáp ứng nhu cầu toàn cầu về băng HTS, và Coherent nói rằng nhu cầu đó băng dự kiến sẽ tăng gấp 10 lần từ nay đến năm 2027.
Công ty Nhật Bản sử dụng phương pháp lắng đọng được hỗ trợ bằng chùm tia ion (IBAD), lắng đọng xung laser (PLD), phún xạ magnetron bạc và mạ điện hóa đồng, đòi hỏi một số bước sản xuất để chế tạo những loại băng như vậy. Trong số này, lắng đọng xung laser dựa trên excimer (PLD) là phương pháp sản xuất hàng loạt duy nhất đã được chứng minh là có thể tạo ra màng oxit đồng bari đất hiếm (REBCO) với chất lượng cần thiết cho băng HTS nhiều lớp.
Sự lắng đọng xung laser (PLD) là một công cụ mạnh mẽ để sản xuất các lớp phủ chức năng chất lượng cao", Faraday Plant mô tả trên trang web của mình. Quá trình lắng đọng được tạo ra bởi một chùm tia laser chiếu vào mục tiêu trên dải kim loại với lớp đệm ở mức cao. nhiệt độ. Hợp chất HTS là vật liệu oxit phức tạp và phương pháp PLD đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các lớp siêu dẫn nhiệt độ cao với thành phần, độ dày và cấu trúc vi mô được kiểm soát chặt chẽ”.
Thư mục đích được ký với Coherent được cho là phác thảo một chiến lược nhằm tăng cường khả năng chế tạo chất siêu dẫn nhiệt độ cao bằng cách sử dụng tia laser "LEAP" của công ty.
Coherent cho biết: "Các tia laser kích thích LEAP của Coherent là tiêu chuẩn công nghiệp cho các thiết bị logic lập trình được sử dụng trong sản xuất băng HTS. Các tia laser LEAP dựa trên các nguồn phát ra Argon Fluoride (ArF), Krypton Fluoride (KrF) và Xenon Chloride (XeCl)". ở bước sóng tương ứng là 193 nm, 248 nm và 308 nm và cung cấp công suất đầu ra lên tới 300W. Chúng đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như máy nâng laser để sản xuất màn hình LED hữu cơ và màn hình MicroLED.
Ngoài sự kết hợp
Kai Schmidt, Phó chủ tịch cấp cao của Đơn vị kinh doanh Laser Excimer của Coherent, cho biết: "Chúng tôi biết rằng các quốc gia tham gia vào cuộc đua năng lượng nhiệt hạch đang nỗ lực để đẩy nhanh chuỗi cung ứng băng siêu dẫn nhiệt độ cao, đang tăng thêm hàng nghìn km mỗi năm, trong để giữ cho công nghệ nhiệt hạch tiến lên với tốc độ nhanh chóng."
Về phần mình, Sergey Lee, giám đốc đại diện cơ sở của Faraday tại Nhật Bản, nói thêm: "Chúng tôi đã làm việc với Faraday 1867 trong hơn một thập kỷ và tia laser của chúng tôi rất mong muốn đóng một vai trò quan trọng trong giai đoạn tăng cường sản xuất băng HTS. . Các lĩnh vực ứng dụng của băng HTS không chỉ giới hạn ở lò phản ứng nhiệt hạch- -Chúng bao gồm truyền năng lượng không tổn thất, hàng không và tàu container không carbon, hệ thống NMR không chứa heli, hệ thống đẩy tàu vũ trụ tiên tiến, v.v. Các ứng dụng này đang thúc đẩy tăng trưởng hai con số hàng năm trên thị trường băng HTS, vì vậy tính cấp bách của việc đầu tư vào khả năng sản xuất băng HTS là rõ ràng."
Băng HTS là một trong những công nghệ chủ chốt để hiện thực hóa các lò phản ứng nhiệt hạch giam giữ từ tính như tokamaks. Thiết kế của Tokamak đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn và vận hành rẻ hơn so với các công nghệ trước đó. Băng HTS có thể hoạt động ở nhiệt độ trong phạm vi hàng chục Kelvin, loại bỏ nhu cầu về hệ thống làm mát đắt tiền dựa trên công nghệ helium lỏng không bền vững. Các lò phản ứng nhiệt hạch giam cầm từ tính được kỳ vọng cuối cùng sẽ có thể tạo ra hàng gigawatt điện không chứa carbon với mức tăng ròng hơn 10% và do đó có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng xanh.
