Le modèle d'aimant de solénoïde central (CSMC) de Star Ring Fusion destiné à un dispositif tokamak sphérique achève avec succès un test de décharge rapide à basse température de 20 K

Star Ring Fusion (HTS) a récemment annoncé que son modèle d'aimant de solénoïde central (CS) développé de manière indépendante pour un dispositif tokamak sphérique (tokamak) a réussi avec succès un test de circulation de courant à basse température de 6 350 A et de décharge rapide dans un environnement cryogénique sévère. Les résultats des tests montrent que l'aimant atteint un champ magnétique maximal de 10 T, avec un taux de variation du champ magnétique atteignant 63 T/s, établissant un nouveau record connu de taux de variation du champ magnétique pour les aimants supraconducteurs de fusion.

Ce test a été réalisé dans des conditions cryogéniques de 20 K (-253 ℃). L'aimant a non seulement atteint avec succès une intensité de champ magnétique maximale de 10 T, avec un champ magnétique central atteignant également 7,6 T, mais a aussi accompli avec succès le test de décharge rapide répondant aux besoins de décharge ohmique du tokamak. En tant que prototype de validation technique pour le développement de l'aimant CS du dispositif CTRFR-1 (Star Ring One), ce test a permis de valider de manière complète les étapes clés allant de la conception, la fabrication et l'assemblage à l'exploitation cryogénique et aux tests de décharge.

Une densité de courant d'ingénierie élevée et une capacité de décharge rapide sont les caractéristiques saillantes de cet aimant de solénoïde central. L'aimant présente un diamètre intérieur de 350 mm, un diamètre extérieur de 520 mm, une hauteur de 270 mm et une inductance de 71 mH. La densité de courant du ruban est d'environ 290 A/mm² ; en tenant compte des structures telles que la carcasse, les joints et les plaques de conduction thermique, la densité de courant d'ingénierie atteint 120 A/mm², démontrant pleinement la position technologique de pointe de Star Ring Fusion dans le domaine des aimants de solénoïde central compacts, à haute densité de courant et à taux de variation rapide du champ magnétique.

Au cours des tests cryogéniques, l'aimant a réalisé une circulation stable de courant de 6 350 A et a accompli le test de décharge rapide, avec un taux de variation de courant maximal atteignant 40 kA/s, une tension maximale atteignant 2 850 V, correspondant à une tension de boucle du dispositif de 6,75 V. Les résultats des tests confirment que l'aimant est parfaitement capable de supporter les forces électromagnétiques et les charges thermiques lors de l'excitation à courant élevé et du processus de décharge rapide. Plus important encore, après des dizaines de tests de circulation de courant, de démagnétisation et de décharge rapide, les performances principales et les signaux de test critiques de l'aimant sont restés normaux, validant la faisabilité de sa conception électromagnétique à haute densité de courant, de ses procédés de fabrication de bobines et d'assemblage global, de sa solution de conduction thermique cryogénique ainsi que de sa trajectoire d'exploitation en décharge rapide.

Afin de valider simultanément les performances de l'aimant, Star Ring Fusion a également réalisé une surveillance par fibre optique des grandeurs physiques clés de l'aimant et des structures essentielles. Grâce à un démodulateur à fibre optique développé de manière indépendante, les signaux de fibre optique au même point ont été comparés aux signaux de jauges de déformation traditionnelles et de capteurs de température. Les résultats préliminaires montrent que la surveillance par fibre optique et les méthodes de mesure traditionnelles présentent une grande cohérence dans les variations de signal, offrant une nouvelle voie technologique et de nouveaux moyens pour la surveillance de l'état de santé des grands aimants. La surveillance par fibre optique devrait permettre une perception multi-points de l'état à l'intérieur et à la surface de l'aimant, ainsi que l'identification d'anomalies locales, assurant la sauvegarde de l'exploitation sûre et fiable des futurs grands aimants.

Ce test reflète pleinement la capacité d'intégration systémique sur toute la chaîne de Star Ring Fusion, couvrant toutes les étapes depuis le traitement des rubans supraconducteurs et la fabrication des bobines jusqu'à l'intégration du système de test cryogénique. L'entreprise a utilisé ses équipements et son système technique développés de manière indépendante, et a achevé le développement et l'intégration des procédés d'encapsulation des rubans et d'imprégnation des aimants, de composants clés (tels que les bornes isolantes des conduites de refroidissement, les joints de transposition des aimants, les amenées de courant) ainsi que du système de disjoncteur, en réponse aux besoins d'encapsulation des rubans, de structures compactes et de tests de décharge rapide. Le système de disjoncteur conçu de manière indépendante peut atteindre une tension maximale de 5 kV, un courant maximal de 9 kA et un temps de coupure inférieur à 10 μs, et a accompli avec succès le contrôle de décharge rapide de l'aimant dans des conditions de 6 350 A.

En outre, Star Ring Fusion a également utilisé son instrument de test physique extrême intégré (EPIC) développé de manière indépendante pour l'acquisition de signaux, et a conçu et assemblé de manière indépendante les systèmes cryogénique et à vide ainsi que le système de contrôle, réalisant une surveillance et un contrôle unifiés de l'excitation, de la démagnétisation, de la décharge rapide, du système de réfrigération et de l'état de protection de l'aimant.

À l'avenir, Star Ring Fusion prévoit de réaliser des tests d'excitation et de décharge de l'aimant modèle de solénoïde central à plus de 12 T, ainsi que des tests de décharge répétés à plus de 10 T, tout en procédant à une mesure et une évaluation précises des pertes en courant alternatif. Les travaux de recherche et développement des aimants ultérieurs progressent également régulièrement, notamment le développement de l'aimant PFMC, la mise en service prochaine des amenées de courant supraconductrices à haute température et de l'alimentation pulsée supraconductrice développées en interne, ainsi que l'achèvement de la conception physique et technique de CTRFR-1. Il est prévu qu'en 2027, Star Ring Fusion lance à Shanghai la fabrication en série des aimants du dispositif CTRFR-1.