Yanchao Juleng achève les étapes clés de fabrication d'une bobine prototype supraconductrice tridimensionnelle de forme spéciale pour stellarator

Récemment, la bobine prototype supraconductrice tridimensionnelle de forme spéciale à armure en acier inoxydable haute résistance pour stellarator, développée par Yanchao Juleng (Shanghai) Technology Co., Ltd., a franchi deux étapes clés : le bobinage de précision tridimensionnel et l'enroulement d'isolation à la terre. L'erreur globale de forme et de position tridimensionnelle de la bobine est stablement contrôlée au niveau millimétrique, ce qui indique que l'entreprise a initialement maîtrisé les processus clés tels que l'adaptation des matériaux, le formage de précision tridimensionnel et l'enroulement d'isolation dans la fabrication d'aimants supraconducteurs pour stellarators stationnaires à champ magnétique élevé.

Le stellarator est un dispositif important pour la recherche sur la fusion nucléaire contrôlée en régime stationnaire, et les bobines supraconductrices tridimensionnelles servent à générer le champ magnétique complexe nécessaire au confinement du plasma. Contrairement aux bobines planes conventionnelles, les bobines de stellarator présentent généralement une structure spatiale non plane à courbure variable continue, exigeant une grande précision de formage des conducteurs, des propriétés mécaniques et une fiabilité d'isolation élevées.

Selon les informations fournies, certains dispositifs internationaux actuels utilisent des armures de conducteurs en alliage d'aluminium ou en cuivre. Yanchao Juleng a choisi cette fois une armure en acier inoxydable haute résistance, dont la limite d'élasticité à basse température dépasse 700 mégapascals, offrant de bonnes performances de résistance à la fatigue et aux chocs, ce qui peut améliorer la capacité de charge de l'aimant dans des conditions de champ magnétique élevé, de courant intense et de fortes contraintes électromagnétiques. Cette bobine prototype a été fabriquée sur la ligne de production spécialisée de bobines supraconductrices tridimensionnelles de forme spéciale pour stellarators établie par l'entreprise.

Bobine prototype supraconductrice tridimensionnelle après l'enroulement d'isolation à la terre

Le formage de précision tridimensionnel est l'une des principales difficultés de fabrication de ce type de bobine. La fenêtre de formage plastique de l'acier inoxydable est relativement étroite ; après cintrage et torsion, des contraintes résiduelles internes peuvent apparaître, susceptibles de provoquer des déformations de surface et des déviations de contour. De plus, lors de l'empilement multicouche et multi-spires, les erreurs de formage s'accumulent progressivement. Grâce à des itérations de simulation numérique et des essais de procédé, Yanchao Juleng a développé un procédé de formage combiné cintrage—torsion, permettant de prédire et de compenser le retour élastique de l'acier inoxydable, ainsi qu'un contrôle en boucle fermée de la tension de bobinage et de la distorsion de la section du conducteur.

Actuellement, l'entreprise a achevé le bobinage et le formage de l'ensemble de la bobine à armure en acier inoxydable de 72 spires, adoptant une structure de 6 couches de 12 spires chacune, avec une erreur globale de forme et de position tridimensionnelle contrôlée au niveau millimétrique, et des indicateurs géométriques conformes aux exigences de conception du champ magnétique complexe.

Après l'achèvement du bobinage de la bobine, Yanchao Juleng a également réalisé l'étape d'enroulement d'isolation à la terre. Pour faire face aux problèmes de déformation et de qualité d'isolation susceptibles d'apparaître lors du processus d'enroulement d'isolation des bobines tridimensionnelles, l'entreprise a adopté une méthode d'enroulement d'isolation à la terre avec maintien de forme multipoint, accompagnée d'un cadre global rigide et de gabarits de maintien de forme profilés divisés. La bobine prototype a achevé l'enroulement continu d'isolation à la terre multicouche sur toute la surface, avec une épaisseur d'isolation uniforme, sans défauts de délaminage ni de gonflement, et les indicateurs correspondants satisfont aux exigences de service dans des conditions de température extrêmement basse et de champ magnétique intense.

À l'étape suivante, Yanchao Juleng prévoit de réaliser les processus ultérieurs tels que l'imprégnation sous vide sous pression et l'assemblage de jonctions supraconductrices de niveau nano-ohm, ainsi que de poursuivre les tests complets de performance supraconductrice dans des conditions de température extrêmement basse et de champ magnétique intense, afin de vérifier les caractéristiques électromagnétiques et la fiabilité d'isolation à long terme de l'enroulement à armure en acier inoxydable.