Recentemente, a gigante fotônica dos EUACoerentee a Faraday 1867 Holdings do Japão assinaram uma Carta de Intenções (LOI) com o objetivo de ampliar a fabricação desupercondutor de alta temperatura(HTS) para uso generalizado na implantação em larga escala de reatores de fusão, bem como para ajudar a impulsionar a transição para a energia verde. Os excimer lasers da Coherent nesta colaboração prometem aplicações mais amplas.
Na última década, a perspectiva de rápida evolução de energia livre de carbono levou a avanços nos dispositivos tokamak, ao mesmo tempo que impulsionou o aumento da procura por fitas magnéticas supercondutoras de alta temperatura. Fitas magnéticas supercondutoras de alta temperatura, uma tecnologia chave na fabricação de eletroímãs ultrafortes, têm sua aplicação principal em reatores de fusão de confinamento magnético para confinar e controlar plasma. Notavelmente, a Faraday Factory Japan LLC, uma subsidiária japonesa da Faraday 1867 Holdings, emergiu como a fabricante líder mundial de fitas magnéticas supercondutoras de alta temperatura (HTS).
O excimer laser LEAP da Coherent, um produto de deposição de laser pulsado padrão da indústria, deu um grande impulso ao processo de fabricação de fitas supercondutoras de alta temperatura.
Os campos magnéticos atuam para confinar e controlar o plasma carregado em um dispositivo tokamak, de acordo com a Tokamak Energy, uma startup britânica de fusão. Estes fortes campos magnéticos permitem que o plasma aqueça até temperaturas acima de 100 milhões de graus Celsius – o limite necessário para que a fusão se torne uma fonte de energia comercialmente viável. Depois disso, os poderosos ímãs em um tokamak esférico permitem um confinamento mais compacto, aumentando a densidade e a potência do plasma, evitando a necessidade dispendiosa de resfriamento com hélio líquido.
Campos magnéticos poderosos podem ser gerados pela passagem de altas correntes em torno de uma série de bobinas eletroímãs que circundam o plasma. Os ímãs são enrolados com o que a Tokamak Energy chama de fita magnética supercondutora de alta temperatura "inovadora".
Manuseio de revestimentos funcionais
Faraday Factory Japan LLC, uma subsidiária da Faraday 1867 Holdings, produz fitas supercondutoras de alta temperatura desde 2012. A carta de intenções mencionada refere-se à estratégia da fábrica japonesa para atender à demanda global por fitas HTS, e Coherent afirma que a demanda por tais espera-se que as fitas cresçam dez vezes até 2027.
A empresa japonesa usa deposição assistida por feixe de íons (IBAD), deposição por laser pulsado (PLD), pulverização catódica de prata e revestimento eletroquímico de cobre, que exigem várias etapas de fabricação para fabricar essas fitas. Destes, a deposição de laser pulsado (PLD) baseada em excímero é o único método comprovado de produção em massa para criar filmes de óxido de cobre e bário de terras raras (REBCO) com as qualidades exigidas para fitas HTS multicamadas.
A deposição a laser pulsado (PLD) é uma ferramenta potente para a produção de revestimentos funcionais de alta qualidade", descreve Faraday Plant em seu site. O processo de deposição é gerado por uma nuvem de raios laser atingindo um alvo em uma tira de metal com uma camada tampão em alta temperaturas.Os compostos HTS são materiais de óxido complexos, e o método PLD desempenha um papel importante na produção de camadas supercondutoras de alta temperatura com composição, espessura e microestrutura rigorosamente controladas.
Diz-se que a carta de intenções assinada com a Coherent delineia uma estratégia para aumentar as capacidades de fabricação de supercondutores de alta temperatura usando o laser “LEAP” da empresa.
Os excimer lasers LEAP da Coherent são o padrão da indústria para dispositivos lógicos programáveis para uso na fabricação de fitas HTS", disse Coherent. "Os lasers LEAP são baseados em fontes de fluoreto de argônio (ArF), fluoreto de criptônio (KrF) e cloreto de xenônio (XeCl) que emitem em 193 nm, 248 nm e 308 nm, respectivamente, e fornecendo potências de saída de até 300W. Eles já estão em uso em diversas aplicações industriais, como elevadores a laser para a produção de displays orgânicos de LED e MicroLED.
Além da fusão
Kai Schmidt, vice-presidente sênior da unidade de negócios Excimer Laser da Coherent, disse: "Sabemos que os países envolvidos na corrida pela energia de fusão estão trabalhando duro para acelerar a cadeia de fornecimento de fitas supercondutoras de alta temperatura, crescendo milhares de quilômetros por ano, em para manter a tecnologia de fusão avançando em ritmo acelerado."
Por sua vez, Sergey Lee, diretor representativo das instalações da Faraday no Japão, acrescentou: “Trabalhamos com Faraday 1867 há mais de uma década e nossos lasers estão ansiosos para desempenhar um papel importante na fase de aceleração da produção de fitas HTS. . As áreas de aplicação das fitas HTS não se limitam aos reatores de fusão- -Elas incluem transferência de energia sem perdas, aviação e navios porta-contêineres com zero carbono, sistemas NMR livres de hélio, sistemas avançados de propulsão de espaçonaves e muito mais. Essas aplicações estão impulsionando crescimento anual de dois dígitos no mercado de fitas HTS, portanto a urgência de investir em recursos de fabricação de fitas HTS é clara."
A fita HTS é uma das principais tecnologias para a realização de reatores de fusão por confinamento magnético, como os tokamaks. Os projetos Tokamak são mais simples, mais compactos e mais baratos de operar do que as tecnologias anteriores. As fitas HTS podem operar em temperaturas na faixa de dezenas de Kelvin, eliminando a necessidade de sistemas de resfriamento caros baseados em tecnologia insustentável de hélio líquido. Espera-se que os reactores de fusão por confinamento magnético sejam capazes de gerar gigawatts de electricidade isenta de carbono, com um ganho líquido superior a 10 por cento, podendo assim desempenhar um papel importante na transição global para a energia verde.
