Le paquet d'aimants au cœur du département américain de l'Énergie du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) National Sphérique Torus Experiment-Adrograde (NSTX-U) est la star du spectacle.
Ses aimants produiront le champ magnétique le plus élevé de tout grand tore sphérique, permettant des conditions à l'état stable. Ils sont essentiels à la conception de NSTX-U. Lorsqu'il commencera à fonctionner, il sera essentiel pour déterminer si les tokamaks sphériques, qui sont plus petits et plus compacts que les tokamaks traditionnels en forme de section, pourraient fournir un modèle plus efficace et plus efficace pour une usine pilote de fusion.
L'aimant de champ toroïdal de 19 pieds (TF) transporte jusqu'à 4 millions d'amplis de courant électrique pour stabiliser et limiter le plasma superhot dans les expériences de fusion. Il finira par se connecter à 12 bobines TF à l'extérieur du navire à vide. Enveloppé autour de lui comme un slinky se trouve la bobine de chauffage ohmique (OH), un aimant de 4 kilovolts qui induit un champ électrique, qui entraîne un courant électrique dans le navire et aide à chauffer le plasma.
Alors que le faisceau de l'aimant TF-OH est assemblé à Elytt Energy en Espagne, l'équipe du projet NSTX-U a trouvé un moyen intelligent et rentable de se préparer à son arrivée en utilisant une sous-étude pour la star. Il est en plastique rouge et mesure seulement 40 pouces de hauteur et 2 pieds de large, mais c'est une réplique exacte du haut du faisceau.
« S'il s'agissait d'un ensemble hollywoodien et que vous avez peint le TF-OH 3D imprimer une couleur différente, cela ressemblerait à la machine », a déclaré Tom Jernigan, chef de projet senior du projet NSTX-U. « C'est le meilleur argent que nous ayons jamais dépensé. »
Une stratégie pour réduire le risque
Le modèle 3D fait partie d'une stratégie plus importante pour pré-inadapter toutes les composantes de l'expérience à l'avance avant de commencer les opérations en 2026, a déclaré Dave Micheletti, directeur du projet NSTX-U et directeur adjoint de laboratoire pour l'ingénierie.
« L'utilisation de prototypes imprimés en 3D a contribué à réduire les risques et à accélérer le calendrier », a déclaré Micheletti. « Cela nous permet de confirmer positivement que les composants s'adapteront et élimineront le risque de repensage une fois l'assemblage final au début. Cela permet d'économiser du temps et de l'argent. »
Le modèle TF-OH permettra à l'équipe du projet NSTX-U de s'assurer qu'ils ont l'ajustement parfait pour 36 lignes d'eau de refroidissement qui s'étendent du haut du bundle comme une fontaine. Les conduites d'eau garderont les aimants frais lorsque le plasma chauffe à des températures plus chaudes que le soleil pendant les expériences de fusion. L'équipe imprimera un autre grand morceau de la bobine TF-OH pour effectuer des raccords similaires au bas de la bobine.
Plus de 50 composants imprimés 3D
Le substitut 3D TF-OH Bundle est le plus grand composant imprimé en 3D mais loin du seul. Après avoir installé le boîtier de la pile centrale dans le navire à vide, l'équipe a produit plus de 50 composants imprimés 3D. Ceux-ci comprenaient les impressions 3D des barres de bus électrique en cuivre, qui alimentent les 12 bobines de champ poloïdal, ainsi que d'autres supports et supports. En installant ces composants tôt, l'équipe peut apporter les modifications nécessaires avant de produire la vraie chose. Les techniciens de PPPL ont déjà commencé la fabrication initiale des barres de bus en cuivre en utilisant une machine à réaction à eau Omax dans la boutique de PPPL.
Le processus de pré-assemblage donnera à l'équipe du projet un plan détaillé au début de l'assemblage final. « Tout a été assemblé, et cela convient », a déclaré Jernigan.
Pré-ajustement des milliers de tuiles
L'équipe de projet a également équipé les 2 000 carreaux de composants orientés plasma qui protègent la machine de la chaleur extrême des expériences de plasma sur la partie supérieure du navire à vide. Ils effectueront bientôt un exploit similaire sur la moitié inférieure.
« Je pense que l'équipe a fait un travail fantastique », a déclaré Micheletti. « La portée de ce travail comprend l'installation de milliers de tuiles et les positionner dans des tolérances qui sont quelques milliers de pouce. Après un énorme effort de l'équipe, tout se rassemble très bien. »
Utilisation de prototypes pour construire le bundle
Les prototypes ont également été largement utilisés à Elytt Energy, où les techniciens ont testé chaque étape du processus utilisé pour créer l'aimant TF au centre du faisceau TF-OH avant de construire l'aimant réel. Elytt Energy a maintenant construit quatre quadrants et les assemblera comme quatre morceaux de tarte.
Les quatre quadrants sont compactés dans un appareil avec des sangles métalliques enroulées comme des bandes. Ensuite, les quatre quadrants seront enveloppés dans la fibre de verre, placés dans une chambre à vide et injectés avec de la résine chaude par un processus appelé imprégnation de pression sous vide (VPI) pour former un aimant solide.
« L'un des plus grands défis de la construction du bundle TF est soigneusement aligné et compactant les quatre quadrants tout en gardant les couches d'isolation d'interface sous pression égale », a déclaré Danny Cai, ingénieur senior chez PPPL. « Nous sommes heureux que nous ayons réussi à obtenir un compactage solide, en nettoyant ce major. »
Lorsque Elytt Energy termine l'assemblage de l'aimant TF, il enveloppera les huit conducteurs de cuivre de l'aimant OH autour de lui comme du fil autour d'une bobine de machine à coudre. La bobine OH sera ensuite enveloppée dans la fibre de verre et subira le même processus VPI pour former un aimant solide.
Lorsque le faisceau TF-OH est terminé à l'automne 2025, il sera renvoyé à PPPL, où il sera soigneusement placé dans le boîtier de la pile centrale et hissé au centre du navire à vide NSTX-U. Lorsque cela se produit, toute la planification et les préparatifs se concrétiseront et l'assemblage en temps réel peut commencer.
