تولید و تعیین مشخصات مکانیکی عایق ولتاژ بالا برای باسبار های ابررسانا - (قسمت اول) انتخاب مواد و توسعه

برنامه ریزی شده است که عایق الکتریکی با ولتاژ بالا در باسبار های فیدر ITER شامل لایه های شیشه ای اپوکسی رزین قبل از آغشته سازی (pre preg) و پلی آمید باشند. توجه به لایه های باند پلی آمید در مناطقی که تنش های مکانیکی نسبتا کم بودند، مورد توجه قرار گرفت. علاوه بر تابع عایق الکتریکی آن، عایق باسبار باید دارای خواص مکانیکی مناسب باشد تا بارهای اعمال شده بر روی آن در طول عملیات مگنت ITER حفظ شود. در این مقاله، تحقیقات در مورد مواد مناسب برای تولید عایق ولتاژ بالا برای باسبار و ساخت لوله های ابررسانای ITER گزارش شده است. یک برنامه تحقیق و توسعه برای شناسایی مواد پیشگیرنده مناسب و پلییمید از طیف وسیعی از تامین کنندگان انجام شد. مواد Pre-preg از 3 تامین کننده به دست آمده و با Kapton HN مورد استفاده قرار می گیرند تا قالب سازی را با استفاده از معماری عایق مورد نظر انجام دهند. دو روش پردازش اصلی برای pre-pregs مورد بررسی قرار گرفته است، پردازش کیسه خلاء (از پردازش اتوکلاو) و پردازش با استفاده از یک ماده با ضریب بالا از گسترش حرارتی (لاستیک سیلیکون)، برای اعمال فشار تراکم بر عایق. عایق باید دارای خواص مکانیکی مناسب برای مقابله با تنش های ناشی از محیط عملیاتی و محتوی کم مورد نیاز در یک کاربرد ولتاژ بالا باشد. کیفیت قالب ها با آزمون های مکانیکی در 77K و اندازه گیری محتوای خالی مورد ارزیابی قرار گرفت.

آهنرباهای ابررسانا [1] از توکاماک ITER با جریان الکتریکی از طریق باسبار های ابررسانا [2] در فیدرها [3] تغذیه می شوند. باسبارهای ابررسانا از هادی کابل درون لوله ساخته شده اند و دارای یک مقطع دایروی با قطر بیرونی 44.5 میلی متر یا 22 میلی متر بسته به نوع آهنربای متصل به آن ها، می باشد؛ طول متداول باسبار در حدود 30 تا 40 متر است. شکل 1 به صورت نموداری، یک بخش کوتاه از فیدر "جریان پیش رو" با برخی از تغییرات بسیار را که باید پردازش شده و دارای 'عایق کم محتوا' باشند را نشان می دهد. دستگاه ITER دارای تعدادی فیدر می باشد، که هر کدام از آن ها، دارای دو یا تعداد بیشتری باسبار می باشند، که برای هر کدام از کویل های ابررسانا که برای جمع کردن توکاماک استفاده می کنند، تعبیه شده اند و در کل، طول آن در حدود 2100 متر است. ولتاژهای بالا (تا 11 کیلوولت) بر روی آهنرباهای الکترونی مرکزی و الکترومغناطیسی به علت ماهیت عملیاتی این آهنرباهای پالس توسعه یافته است. آهنرباهای میدان حلقوی نیز در ولتاژ تا 4 کیلو ولت در شرایط تخلیه سریع ایجاد می کنند [4]. ولتاژ بالاتر (تا 28 کیلو ولت) ممکن است بر روی بعضی از آهنرباهای در طول شرایط خطا توسعه یابد و به همین علت عایق ولتاژ بالا در باسبار فیدر تا 30 کیلو ولت آزمایش خواهد شد. تمام عایق ها برای مقاومت در برابر ولتاژ 5 برابر بیشتر از ولتاژ آزمایش طراحی شده اند و باید از دمای عملیاتی 4K، در محیط تابش و بارهای مکانیکی ناشی از نیروی الکترومغناطیسی در باسبارها پشتیبانی کنند. ارزیابی ویژگی های تابش در حال انجام است. شکل 1: نمایش نمودار ساده شده در یک بخش از جریان پیشروی فیدر برنامه فعلی یک مرحله قبل از صنعتی شدن است و برنامه ریزی شده است تا یک فرایند بزرگتر در اطراف یافته های این کار ساخته شود.