Progrès par étapes dans le développement de l'aimant de champ toroïdal supraconducteur à haute température de 25 T de SuperMagnon

Récemment, le développement de l'aimant de champ toroïdal supraconducteur à haute température de 25 T de SuperMagnon a franchi deux étapes clés : après la finalisation de la recherche et des tests du premier bobineau monopièce supraconducteur à haute température de type panneau, l'entreprise a lancé la fabrication en série des bobineaux monopièces de type panneau ; parallèlement, la jonction démontable à faible résistance de 24 cm² développée en interne a terminé la fabrication de l'échantillon et les tests de performance dans la plage de température de l'azote liquide, avec une résistance équivalente de jonction d'environ 33 nΩ.

Ces deux avancées correspondent respectivement aux deux maillons clés que sont la fabrication stable des bobineaux monopièces et la connexion multi-unités à faibles pertes. Le projet, qui en était à la phase de validation du procédé sur pièces unitaires, progresse désormais vers la fabrication multipièces et l'intégration du système d'aimant modèle.

Le bobineau monopièce n'est pas un composant ordinaire de l'aimant modèle, mais une unité de base intégrant conducteur, structure de panneau, isolation, connexions électriques et interfaces de test. Chaque bobineau monopièce doit non seulement être fabriqué et inspecté indépendamment, mais servira également de base pour l'empilement multipièces ultérieur, l'excitation de l'aimant et le fonctionnement à basse température.

La bobine de type panneau, qui intègre le conducteur supraconducteur à haute température dans une structure de plaque à haute résistance, réalise l'intégration unifiée de l'enroulement supraconducteur et de la structure porteuse mécanique. Elle constitue l'une des voies technologiques importantes pour les aimants de champ toroïdal compacts de tokamak à champ élevé en supraconducteur à haute température. Cette solution contribue à améliorer la précision de positionnement des enroulements et la capacité de charge structurelle, tout en apportant un soutien à la gestion des contraintes dans des conditions de champ élevé.

Au cours du développement de l'aimant modèle, la capacité à réaliser une fabrication en série stable et reproductible des bobineaux monopièces influencera directement la précision d'assemblage ultérieure, les performances électromagnétiques et la fiabilité opérationnelle. Le lancement de la fabrication en série signifie que les travaux concernés passent de la recherche sur les procédés clés à la phase de mise en œuvre de l'ingénierie système.

Dans un aimant multipièces, les bobineaux monopièces doivent être reliés par des jonctions pour former un chemin complet de transport du courant. Pour les aimants de fusion en supraconducteur à haute température, le courant de fonctionnement étant élevé, même une résistance de jonction de l'ordre de quelques dizaines de nano-ohms peut générer une chaleur Joule non négligeable. Par conséquent, réduire la résistance de jonction tout en garantissant la fiabilité de la connexion est une exigence importante pour maîtriser la charge thermique cryogénique et améliorer l'efficacité de fonctionnement de l'aimant.

Dans le cadre des besoins d'assemblage modulaire de l'aimant modèle, SuperMagnon a développé une jonction démontable à faible résistance, et a réalisé la fabrication de l'échantillon grâce à l'optimisation de la structure de jonction, de l'interface de contact et du procédé d'assemblage. Les résultats des tests dans la plage de température de l'azote liquide montrent que la tension de jonction et le courant présentent globalement une relation linéaire, la résistance équivalente de jonction obtenue par ajustement étant d'environ 33 nΩ ; normalisée par la surface de contact effective, l'indice de résistance de jonction est de 792 nΩ·cm².

Ce résultat démontre que cette jonction, tout en conservant ses caractéristiques démontables, réalise un transport de courant à faible résistance de niveau nano-ohm, pouvant fournir une base technique pour la connexion ultérieure des bobineaux monopièces, l'assemblage de l'aimant multipièces ainsi que la maintenance et le remplacement de l'aimant modèle.

À l'étape suivante, SuperMagnon continuera à promouvoir la fabrication en série des bobineaux monopièces et leur contrôle qualité, à mener des tests de réassemblage des jonctions, de cycles cryogéniques et de cycles de courant, et à faire progresser progressivement l'empilement multipièces, la validation à courant élevé dans la plage de température de 20 K et l'intégration globale de l'aimant modèle.