Das chinesische Stellarator-Fusionsunternehmen Weilan Hengxing hat die erste Testplattform für Tieftemperaturtests von Stellarator-Magneten in China in Betrieb genommen.

de.wedoany.com-Bericht: Kürzlich hat das chinesische Stellarator-Fusionsunternehmen Weilan Hengxing den Aufbau der ersten integrierten Tieftemperatur-Testplattform für Stellarator-Magnete in China abgeschlossen, und die erste Runde der Magnettests wurde gestartet. Qiu Lilong, Gutachter für das Tieftemperatursystem, erklärte, dass Weilan Hengxing in nur dreieinhalb Monaten Vakuum, Tieftemperatur, Stromversorgung, Messtechnik und Schutz zu einer integrierten Testplattform zusammengeführt habe – von der Eigenentwicklung über die Systemintegration bis hin zur lokalisierten Ausstattung. Die Testplattform demonstriere eindrucksvoll das herausragende Niveau des Teams in den Bereichen Forschungsfähigkeit, Engineering und Projektmanagement.

Das Tieftemperatursystem bildet die Grundlage für den stabilen Betrieb eines Stellarators; sein Vakuumgrad, seine Dichtheit und seine Kühlleistung sind von entscheidender Bedeutung. Anders als bei üblichen rhythmisierten Entwicklungsmodellen hält Weilan Hengxing stets an einer pragmatischen und proaktiv problemlösenden Haltung fest: Nachtschichten, Arbeiten in versetzten Zeitfenstern, punktuelle Fehlersuche und schrittweise Kalibrierung der Parameter – mit strengen Prozesstandards wird für jeden Spulen-Tieftemperaturtest eine solide Voraussetzung geschaffen. An der Spitze des Bereichs der kontrollierten Kernfusion entspringt Geschwindigkeit stets praktischem Handeln.

In der Tieftemperaturumgebung durchlaufen Magnete Abkühlung, Stromdurchleitung und elektromagnetische Zyklen; ihr Stromtragverhalten, ihre Temperaturänderung und ihre Strukturantwort müssen durch Tests Punkt für Punkt überprüft werden. Nach der Fertigung eines supraleitenden Magneten sind noch eine Reihe von Tests erforderlich, bevor er in die Geräteintegration eingehen kann. Der 77-K-Flüssigstickstofftest dient hauptsächlich der frühen Leistungsprüfung und Prozessvalidierung, während die Kalthelium-Zirkulation und die leitungsgekühlten Tieftemperaturtests bei nahezu realen Betriebstemperaturen die tatsächliche Leistung des Magneten unter Tieftemperatur- und Hochstrombedingungen weiter überprüfen – ein wichtiger Kontrollschritt vor der Auslieferung des Magneten.

Die von Weilan Hengxing errichtete integrierte Tieftemperatur-Testplattform für Magnete ist auf einen Temperaturbereich von zehn bis zwanzig Kelvin ausgelegt, umfasst zwei Dewargefäße – ein großes und ein kleines – und ist mit Helium-Tieftemperatur-, Magnetstromversorgungs-, Leistungsmess- und Betriebsschutzsystemen ausgestattet. Die Plattform kann die entscheidenden Phasen des Magneten von der Abkühlung über die Stromdurchleitung bis hin zum Hintergrundfeldtest abdecken, sodass das Team die Magneteigenschaften unter nahezu realen Betriebsbedingungen systematisch validieren kann. Nach ihrer Fertigstellung wird die Plattform die Serien-Spulentests des ersten Hochtemperatur-supraleitenden Stellarators des Unternehmens unterstützen und die Verzahnung von Magnetfertigung, Tieftemperaturtests und Gesamtmontage enger gestalten.

Angesichts von Magneten unterschiedlicher Größe, Struktur und Testcharge berücksichtigt die Plattform sowohl den Aufbau der Tieftemperaturumgebung als auch die flexible Konfiguration der Testbedingungen. Das große Dewargefäß hat einen Durchmesser von drei Metern und eine Länge von vier Komma zwei Metern und kann gleichzeitig die Tieftemperaturanforderungen großer Magnete und kleiner Spulen erfüllen; das kleine Dewargefäß hat einen Durchmesser von zwei Komma zwei Metern und eine Länge von drei Komma zwei Metern und eignet sich für modulare Spulen unterschiedlicher Spezifikation. Beide Dewargefäße können unabhängig betrieben oder gleichzeitig für Tests genutzt werden, sodass das Team Testaufgaben je nach Magnettyp und Fertigungscharge flexibel planen kann.

Um im Temperaturbereich von zehn bis zwanzig Kelvin einen stabilen Zustand aufrechtzuerhalten, muss das System sowohl den Wärmeeintrag von außen reduzieren als auch die beim Bestromen des Magneten entstehende Wärme rechtzeitig abführen. Im Inneren des Dewargefäßes kommt eine Kombination aus Vakuum, Mehrschichtisolierung, Flüssigstickstoff-Kälteschild und Tieftemperatur-Heliumkühlung zum Einsatz: Die Vakuumumgebung verringert die Wärmeübertragung durch Gas, Mehrschichtisolierung und Flüssigstickstoff-Kälteschild reduzieren die Strahlungswärmeverluste von außen in den Tieftemperaturbereich, und die Heliumrohre bei zehn bis zwanzig Kelvin liefern Kälteleistung für die Abkühlung des Magneten. Die Plattform nutzt ein Helium-Kühlsystem mit einer Kälteleistung von fünfhundert Watt als Kältequelle; in Verbindung mit einer Helium-Kompressorstation, Ölabscheidung und Reinigung, Kaltbox, Flüssigstickstoffsystem sowie Heliumspeicher- und -reinigungssystem werden Kompression, Reinigung, Expansionskühlung und Kreislaufnutzung des Heliums realisiert. Beim Magnettest kann der absolute Druck am Eintritt des Heliumkreislaufs zwischen zwei und zehn Bar eingestellt werden, um unterschiedlichen Kühlbedingungen verschiedener Magnete gerecht zu werden.

Nachdem die Tieftemperaturumgebung hergestellt ist, muss die Plattform noch die Magnetstromversorgung, die Zustandsmessung und den Betriebsschutz abschließen, um vollständige Testbedingungen zu schaffen. Während des Tests überwacht die Plattform mithilfe von Siliziumdioden und Cernox-Thermometern die Abkühlgeschwindigkeit, den Temperaturgradienten und die lokale Temperaturerhöhung, erfasst mit Nanovoltmetern die winzigen Spannungen an Spulen und Verbindungsstellen und zeichnet mithilfe von Hall-Sensoren, Dehnungsmessstreifen sowie Druck- und Durchflusssensoren gleichzeitig das Magnetfeld, die Strukturantwort und den Zustand der Kaltheliumzufuhr auf. Diese komplexen Signale werden schließlich über Erfassungskarten in ein einheitliches Mess- und Steuerungssystem eingespeist, wodurch Echtzeitanzeige, Speicherung und korrelationsbasierte Analyse ermöglicht werden; bei anomalen Spannungen oder lokaler Temperaturerhöhung greifen Alarm- und Quenchschutzfunktionen rechtzeitig ein.

Im Vergleich zu den branchenüblichen Tieftemperaturplattformen, deren Auslegung und Inbetriebnahme Zyklen in Jahresgrößenordnung erfordern, hat Weilan Hengxing den Aufbau der Plattform in nur dreieinhalb Monaten abgeschlossen und damit einen sprunghaften Durchbruch erzielt. Hinter dieser Geschwindigkeit steht der Geist des Teams, aktiv zusätzliche Belastung auf sich zu nehmen, vorausschauend Probleme anzugehen und Terminvorgaben strikt einzuhalten, ebenso wie die einheitliche Beherrschung von Gesamtkonzept, Systemschnittstellen und Umsetzungsprozess. Von der Initiierung des Tieftemperaturkonzepts im Juni über den Abschluss des Systemgesamtentwurfs Ende Juni, die Beschaffung im Juli, die abgeschlossene Installationsintegration im August bis hin zur fertiggestellten Plattform im September koordinierte das Team schnell zwischen Geräteauslegung, Fertigung, Lieferung und Vor-Ort-Integration und trieb die planmäßige Integration multidisziplinärer Systeme voran.

Mit dem Ziel, den weltweit ersten Hochtemperatur-supraleitenden Stellarator zu errichten, wahrt das Team mit Professionalität die Grundlinien und treibt die Umsetzung mit praktischem Handeln voran. Derzeit läuft die erste Testrunde der Plattform zu Themen wie Abkühlverhalten, Kontaktwiderstand, Betrieb bei Zielstrom und elektromagnetischen Zyklen. Angesichts der komplexen Systemkoordination und der strengen Testanforderungen hält das Team daran fest, entscheidende Prozesse mit Professionalität zu steuern, kontinuierlich verifizierbare Daten und Engineering-Erfahrung zu sammeln und in jedem Test und jeder Rückmeldung solidere Grundfähigkeiten für den Aufbau des gesamten Stellarators aufzubauen.