엑시머 레이저로 초전도 와이어 대량 생산 가능

과제

전력망(케이블, 변압기 및 기타 구성요소) 및 계측(NMR 분광계 및 MRI 시스템)에 사용하기 위해 테이프라는 고온 초전도(HTS) 와이어의 수요가 증가하고 있습니다. 그리고 핵융합로가 실용화된다면 매우 높은 전류 밀도를 처리하기 위해 많은 양(수천 km)의 HTS 테이프가 필요할 것입니다. 초기의 HTS 생산 방식은 양과 비용이 제한적이었고 전류 밀도 등급이 제한된 와이어만 생산할 수 있었습니다. Faraday Factory Japan은 고자기장 응용 분야를 위한 HTS를 대량으로 생산할 수 있는 경제적인 방법을 개발하기 시작했습니다.

솔루션

그들은 다른 HTS 재료보다 높은 전류 밀도를 처리할 수 있는 초전도 재료, YBa2Cu3O7(YBCO)을 선택했습니다. 그런 다음 MgO 및 YBCO 층을 포함해 얇고 강한 Hastelloy 기질을 사용하는 다층 테이프를 설계했습니다. 2.4μm의 두께가 YBCO 층에 최적인 것으로 확인되었습니다. Faraday Factory Japan 팀은 308nm 엑시머 레이저로 구동되어 HTS 층을 생성하는 펄스레이저 증착법(PLD)을 사용하기로 결정했습니다. 화학양론적 필름을 증착하는 잘 입증된 방법이기 때문입니다(즉, 원래 대상 물질의 합성물이 증착된 필름에서 보존됨). 이것은 고자기장 응용 분야에 특히 중요합니다. Faraday Factory Japan이 결함을 최소화하고 전류 밀도를 최대화하기 위해 과량의 Y2O3로 YBCO 대상을 로드하기로 결정했기 때문입니다. Faraday Factory Japan의 CEO, Sergey Lee 박사는 여러 이유에서 Coherent LEAP 300C 엑시머 레이저를 PLD 소스로 선택했다고 설명합니다. "LEAP 300C는 높은(1줄) 펄스 에너지와 300Hz 반복률의 고유한 조합으로 높은 처리량을 제공합니다. 또한 LEAP 레이저는 연중무휴 24시간 산업 안정성에 대한 확고한 실적을 보유하고 있습니다. 이 조합은 레이저 와트당 실제 비용을 최소화하고 HTS 와이어의 저비용, 대량 생산을 가능하게 합니다."

결과

이 비용 효율적인 접근 방식을 사용하여 Faraday Factory Japan은 최근 SPARC 핵융합 원자로 프로토타입에 사용할 300km 이상의 HTS 와이어를 납품했습니다. 이는 현재까지 공급업체 중 HTS 와이어의 최대 대량 납품이었습니다. 그리고 독립적인 테스트에서 와이어가 고자기장 조건 하에 우수한 전류 밀도를 처리하는 것으로 나타났습니다.

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