Blue Star achève en trois mois la construction de la première plateforme nationale de tests cryogéniques intégrés pour aimants de stellarator, et lance la première série de tests d'aimants

Blue Star a récemment achevé la construction de la première plateforme nationale de tests cryogéniques intégrés pour aimants de stellarator, et la première série de tests d'aimants a été lancée. Qiu Lilong, expert en évaluation des systèmes cryogéniques, a déclaré que, depuis la conception autonome et l'intégration des systèmes jusqu'à l'approvisionnement en composants nationalisés, Blue Star n'a mis que trois mois et demi pour intégrer le vide, la cryogénie, l'alimentation électrique, la mesure et la protection en une plateforme de tests intégrée. La plateforme de tests démontre pleinement le niveau remarquable de l'équipe en matière de capacités de recherche scientifique, d'ingénierie et de gestion de projet.

Le système cryogénique, en tant que base du fonctionnement stable du stellarator, est essentiel en ce qui concerne son niveau de vide, son étanchéité et sa capacité de refroidissement. Contrairement au modèle de R&D à rythme conventionnel, Blue Star a toujours adhéré à une attitude pragmatique et proactive face aux défis, assurant des permanences de nuit et adoptant des horaires décalés, identifiant les risques point par point et calibrant les paramètres un par un, afin de consolider les bases préalables à chaque test cryogénique de bobine grâce à des normes techniques rigoureuses. À la frontière de la fusion nucléaire contrôlée, la vitesse découle toujours de l'action concrète.

Dans un environnement cryogénique, les aimants doivent subir des processus de refroidissement, de mise sous courant et de cycles électromagnétiques, et leurs performances de transport de courant, leurs variations de température et leurs réponses structurelles doivent être vérifiées point par point par des essais. Après leur fabrication, les aimants supraconducteurs doivent passer par une série de tests avant de pouvoir entrer dans l'étape d'intégration dans l'installation. Le test à l'azote liquide à 77 K est principalement utilisé pour le criblage précoce des performances et la validation des procédés, tandis que les tests de circulation d'hélium froid et de refroidissement par conduction thermique, réalisés à des températures proches des conditions réelles de fonctionnement, permettront de vérifier plus avant les performances réelles des aimants dans des conditions de basse température et de courant élevé, constituant une étape de contrôle importante avant la livraison des aimants.

La plateforme de tests cryogéniques intégrés pour aimants construite par Blue Star est conçue pour une plage de températures de 10 K à 20 K, avec deux enceintes à vide (dewar) de tailles différentes, accompagnées de systèmes d'hélium cryogénique, d'alimentation électrique des aimants, de mesure des performances et de protection en fonctionnement. La plateforme peut couvrir les étapes clés des aimants, du refroidissement à la mise sous courant jusqu'aux tests en champ magnétique de fond, permettant à l'équipe de vérifier systématiquement les performances des aimants dans des conditions proches des conditions réelles de fonctionnement. Une fois construite, la plateforme soutiendra les tests de bobines en série du premier stellarator à supraconducteur haute température de l'entreprise, rendant plus étroite la liaison entre la fabrication des aimants, les tests cryogéniques et l'assemblage de la machine complète.

Face à des aimants de dimensions, de structures et de lots de test différents, la plateforme prend en compte à la fois l'établissement de l'environnement cryogénique et la configuration flexible des conditions de test. Le grand dewar, d'un diamètre de 3 mètres et d'une longueur de 4,2 mètres, peut satisfaire simultanément les besoins de tests cryogéniques de grands aimants et de petites bobines ; le petit dewar, d'un diamètre de 2,2 mètres et d'une longueur de 3,2 mètres, est adapté aux bobines modulaires de différentes spécifications. Les deux dewars peuvent fonctionner indépendamment ou effectuer des tests simultanément, permettant à l'équipe d'organiser flexiblement les tâches de test en fonction du type d'aimant et du lot de fabrication.

Pour maintenir un état stable dans la plage de températures de 10 K à 20 K, le système doit à la fois réduire l'entrée de chaleur extérieure et évacuer en temps utile la chaleur générée par la mise sous tension des aimants. L'intérieur du dewar adopte une structure combinant vide, isolation multicouche, écran thermique à azote liquide et refroidissement à hélium cryogénique : l'environnement sous vide réduit le transfert de chaleur par gaz, l'isolation multicouche et l'écran thermique à azote liquide réduisent les fuites thermiques par rayonnement de l'extérieur vers la zone froide, tandis que les tubes d'hélium à 10 K–20 K fournissent la puissance frigorifique pour le refroidissement des aimants. La plateforme utilise comme source froide un système de réfrigération à hélium d'une puissance frigorifique de 500 W, associé à une station de compression d'hélium, à une unité de déshuilage et de purification, à une boîte froide, à un système d'azote liquide et à un système de stockage et de purification d'hélium, pour réaliser la compression, la purification, la détente réfrigérante et le recyclage de l'hélium. Lors des tests d'aimants, la pression absolue à l'entrée du circuit d'hélium peut être ajustée entre 2 et 10 bars, afin de s'adapter aux différentes conditions de refroidissement des aimants.

Une fois l'environnement cryogénique établi, la plateforme doit encore assurer l'alimentation électrique des aimants, la mesure d'état et la protection en fonctionnement pour constituer des conditions de test complètes. Pendant les tests, la plateforme surveille la vitesse de refroidissement, le gradient de température et l'élévation locale de température au moyen de diodes au silicium et de thermomètres Cernox, capture les microtensions aux bornes des bobines et des jonctions à l'aide de nanovoltmètres, et enregistre simultanément le champ magnétique, les réponses structurelles et l'état d'alimentation en hélium froid grâce à des capteurs à effet Hall, des jauges de contrainte et de déformation ainsi que des capteurs de pression et de débit. Ces signaux complexes sont finalement regroupés via des cartes d'acquisition dans un même système de mesure et de contrôle, permettant l'affichage en temps réel, le stockage et l'analyse corrélée, et en cas d'apparition de tensions anormales ou d'élévation locale de température, les fonctions d'alarme et de protection contre les transitions résistives interviennent en temps utile.

Comparé aux plateformes cryogéniques du secteur dont les cycles de conception et de mise en service se comptent en années, Blue Star a achevé la construction de sa plateforme en seulement trois mois et demi, réalisant une percée exceptionnelle. Derrière cette vitesse se trouve l'esprit de l'équipe qui s'impose volontairement une pression supplémentaire, attaque les défis en avance et respecte strictement les jalons du calendrier, ainsi que la maîtrise unifiée par l'équipe du schéma global, des interfaces système et du processus de mise en œuvre. Depuis le lancement de la conception du schéma cryogénique en juin, l'achèvement de la conception globale du système fin juin, puis la progression des achats en juillet, l'achèvement de l'installation et de l'intégration en août, et la construction de la plateforme en septembre, l'équipe a coordonné rapidement la conception, la fabrication, la livraison et l'intégration sur site des équipements, faisant progresser l'intégration des systèmes multi-disciplinaires conformément au plan.

Face à l'objectif de construire le premier stellarator à supraconducteur haute température au monde, l'équipe maintient les exigences fondamentales par le professionnalisme et fait avancer la mise en œuvre par l'action concrète. Actuellement, la première série de tests de la plateforme porte sur les performances de refroidissement, la résistance des jonctions, le fonctionnement au courant cible et les cycles électromagnétiques. Face à la coordination de systèmes complexes et à des exigences de test rigoureuses, l'équipe s'attache à maîtriser les étapes clés avec professionnalisme, accumule en continu des données vérifiables et de l'expérience d'ingénierie, et renforce, à chaque test et retour d'expérience, les capacités fondamentales pour la construction de la machine complète du stellarator.