エキシマレーザにより超電導線の大量生産が可能に

お客様からのお言葉

「LEAPエキシマレーザは、レーザワットあたりの真のコストを最小限に抑え、S-Innovations社でのHTSワイヤーの低コストでの大量生産を可能にします」。

— アレキサンダー・モロディック博士、CEO、S-Innovations、モスクワ、ロシア

 

課題

テープと呼ばれる高温超電導線は、電力網(ケーブル、変圧器、その他のコンポーネント)、装置組込み(NMRスペクトロメータやMRI)で使用され、需要が拡大しています。 また、核融合炉が実用化された場合、非常に高い電流密度に対応するために、数千kmにも及ぶ大量のHTSテープが必要になることは間違いありません。 初期のHTS製造方法は、生産量とコストが限られており、限られた定格電流密度のワイヤーのみを製造できました。 S-Innovations社(モスクワ、ロシア)は、高磁場用途向けのHTSを大量かつ経済的に生産する方法の開発に着手しました。

ソリューション

同社が超電導材料としてYBa2Cu3O7(YBCO)を選んだのは、他のHTS材料よりも高い電流密度に対応できるからです。 その後、薄くて丈夫なハステロイ基板を活用して、MgOとYBCOの層を含む多層テープを設計しました。 YBCO層の厚さは2.4 μmが最適であることがわかりました。 S-Innovations社のチームは、308 nmのエキシマレーザを用いたパルスレーザ成膜法(PLD)を使ってHTS層を形成することを決定しました。これは、化学量論的な膜を成膜する方法として十分に証明されている(元のターゲット物質の組成が成膜に維持されている)からです。 S-Innovations社では、欠陥を最小限に抑えて電流密度を最大化するために、YBCOターゲットに過剰なY2O3を搭載することにしていたので、この点は高磁場用途にとって重要なことでした。 Coherent LEAP 300CエキシマレーザがPLD光源として選ばれたのには、いくつかの理由があると、S-Innovations社の最高経営責任者である アレキサンダー・モロディック博士は述べています。 「LEAP 300Cでは、高い(1ジュール)パルスエネルギーと、加工を可能にする300 Hzの繰返周波数の独自の組み合わせを活用できます。 また、LEAPレーザは、産業界で24時間365日の信頼性が確立されています。 この組み合わせにより、レーザ1 Wあたりの真のコストを最小限に抑え、より低コストで大量のHTSワイヤーを製造することができます」。

成果

この費用対効果の高いアプローチを用いて、S-Innovations社は最近、SPARC核融合炉プロトタイプに使用する300 km以上のHTSワイヤーを納入しました。 これは、これまでにサプライヤーから納入された中でも最大のHTSワイヤー納入量です。 また、独自のテストでは、高磁場下で優れた電流密度を扱うことが示されました。

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