L'entreprise chinoise de fusion par stellarator Weilan Hengxing : la première plateforme chinoise de tests cryogéniques pour aimants de stellarator a lancé ses premiers essais.

fr.wedoany.com Rapport : Récemment, l'entreprise chinoise de fusion par stellarator Weilan Hengxing a achevé la construction de la première plateforme chinoise 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 système jusqu'à l'approvisionnement en composants nationaux, Weilan Hengxing 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 test intégrée. La plateforme de test 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 d'un stellarator, est essentiel en termes de degré de vide, d'étanchéité et de capacité de refroidissement. Contrairement au mode de développement rythmé conventionnel, Weilan Hengxing a toujours adopté une attitude pragmatique et proactive face aux difficultés, avec des veilles de nuit, un travail en horaires décalés, un dépistage point par point des risques et un calibrage paramètre par paramètre, établissant ainsi une base préalable solide pour chaque test cryogénique de bobine selon des normes techniques strictes. À la frontière de la fusion nucléaire contrôlée, la vitesse provient 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 cryogéniques et de fort courant, constituant une étape de contrôle importante avant la livraison des aimants.

La plateforme de tests cryogéniques intégrés pour aimants construite par Weilan Hengxing est conçue pour une plage de températures de 10 K à 20 K, avec deux enceintes à vide (dewar), une grande et une petite, 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 supraconducteur à 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 différentes tailles, structures et lots de test, 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 a un diamètre de 3 mètres et une longueur de 4,2 mètres, pouvant satisfaire simultanément les besoins de tests cryogéniques de grands aimants et de petites bobines ; le petit dewar a un diamètre de 2,2 mètres et une longueur de 3,2 mètres, 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 selon le type d'aimant et le 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 rapidement la chaleur générée par la mise sous tension des aimants. L'intérieur du dewar adopte une structure combinant vide, isolation multicouche, écran froid 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 froid 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 à 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 purification par déshuilage, 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 pour 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 former 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 avec des 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 de tension anormale 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 même secteur dont les cycles de conception et de mise en service se comptent en années, Weilan Hengxing 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 se soumet volontairement à la pression, attaque les difficultés en avance et respecte strictement les jalons, ainsi que la maîtrise unifiée 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 l'avancement 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 avancer l'intégration des systèmes multi-disciplinaires selon le plan.

Face à l'objectif de construire le premier stellarator supraconducteur à haute température au monde, l'équipe tient la ligne de fond par le professionnalisme et fait avancer la mise en œuvre par l'action concrète. Actuellement, la première série de tests de la plateforme a porté 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 consolide, à chaque test et retour d'information, des capacités de base plus solides pour la construction de la machine complète du stellarator.