KR20240018614A - 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼 - Google Patents

토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼 Download PDF

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Abstract

중앙 컬럼을 지니는 토카막 플라즈마 챔버용 토로이달 자기장 코일. 상기 토로이달 자기장 코일은 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 전류를 전도하기 위한 대응하는 하나 이상의 HTS 테이프들을 포함하는 제1 및 제2 고온 초전도체(HTS) 어셈블리를 포함한다. 상기 HTS 테이프들 각각은 상기 중앙 컬럼이 사용 중일 때 상기 HTS 테이프에 걸린 자기장에 의존하는 관련 임계 전류를 지니는 HTS 물질을 포함한다. 상기 중앙 컬럼은 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 테이프의 임계 전류에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류의 차이를 감소시키거나 제거하기 위해 상기 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각시키도록 구성된 냉각 메커니즘을 더 포함한다.

Description

토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼
본 발명은 토카막 플라즈마 챔버(tokamak plasma chamber), 예컨대 핵융합로에서 사용하기 위한 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 고온 초전도체 물질로 구성된 중앙 컬럼에 관한 것이다.
초전도 물질은 "고온 초전도체"(high temperature superconductors; HTS)와 "저온 초전도체"(low temperature superconductors; LTS)로 구분되는 것이 전형적이다. Nb 및 NbTi와 같은 LTS 물질은 초전도성(superconductivity)이 BCS 이론으로 설명될 수 있는 금속 또는 금속 합금이다. 모든 저온 초전도체들은 약 30K 미만의 임계 온도(임계 온도 이상에서는 자기장이 0일때 조차도 물질이 초전도성을 지닐 수 없게 되는 온도)를 지닌다. HTS 물질의 거동은 BCS 이론으로 설명되지 않으며 이러한 물질은 약 30K를 초과하는 임계 온도를 지닐 수 있다(다만 여기서 유념해야 할 점은 HTS 및 LTS 물질를 정의하는 것이 임계 온도라기 보다는 초전도 동작 및 조성의 물리적 차이이다는 것이다). 가장 일반적으로 사용되는 HTS는 "컵레이트 초전도체(cuprate superconductor)" - BSCCO(Bismuth strontium calcium copper oxide), 또는 REBCO(Re는 희토류 원소, 일반적으로 Y 또는 Gd임)와 같은 컵레이트(구리 산화물 그룹을 함유하는 화합물) 기반 세라믹이다. 다른 HTS 물질에는 철 닉타이드(예컨대, FeAs 및 FeSe) 및 마그네슘 다이보라이드(MgB2)가 포함된다.
REBCO는, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 테이프로서 제조되는 것이 전형적이다. 이러한 테이프(100)는 두께가 대략 100미크론인 것이 일반적이고, 기재(substrate; 101)(두께가 대략 50마이크론인 전해연마(電解硏磨)되는 것이 전형적인 하스텔로이(Hastelloy(TM))을 포함하며, 상기 기재(101) 상에는 IBAD, 마그네트론 스퍼터링, 또는 다른 적절한 기법에 의해 두께가 대략 0.2 미크론인 버퍼 스택(102)으로서 알려진 일련의 버퍼 층들이 증착되어 있다. (MOCVD 또는 다른 적절한 기법에 의해 증착된) 에피택셜 REBCO-HTS 층(103)은 상기 버퍼 스택 상에 놓이게 되고, 두께가 1 미크론인 것이 전형적이다. 1-2 미크론 은(silver) 층(104)은 스퍼터링 또는 다른 적절한 기법에 의해 HTS 층 상에 증착되고, 구리 스테빌라이저 층(copper stabilizer layer; 105)은, 종종 테이프를 완전히 캡슐봉입하는 전기도금 또는 다른 적절한 기법에 의해 테이프 상에 증착된다.
상기 기재(101)는 제조 라인을 통해 공급될 수 있고 후속 층들의 성장을 허용할 수 있는 기계적인 백본(mechanical backbone)을 제공한다. 상기 버퍼 스택(102)은 상부에 HTS 층을 성장시키기 위한 2축 집합조직화된 결정 템플릿(bi-axially textured crystalline template)을 제공하여야 하며, 초전도 특성에 손상을 주는, 상기 기재로부터 상기 HTS로의 원소들의 화학적 확산을 방지한다. 상기 은 층(104)은 일반적으로 상기 REBCO와 상기 스테빌라이저 층 간에 낮은 저항 계면(low resistance interface)을 제공하여야 하며, 상기 스테빌라이저 층(105)은 상기 REBCO의 임의의 부분이 초전도를 중단("정상" 상태에 진입)하는 경우에 대체 전류 경로를 제공한다.
HTS 테이프들은 여기에서 HTS 어셈블리로서 또한 언급될 수 있는 HTS 케이블들로 배치될 수 있다. 여기에서 언급된 바와 같은 HTS 케이블은 하나 이상의 HTS 테이프들을 포함하며, 상기 하나 이상의 테이프들은 전도성 물질(일반적으로 구리)을 통해 상기 하나 이상의 테이프들의 길이를 따라 연결되어 있는 것이 전형적이다. 상기 HTS 테이프들은 적층(다시 말하면 상기 HTS 층들이 평행하도록 배치)될 수도 있고 상기 HTS 테이프들은 케이블의 길이를 따라 달라질 수 있는 일부 다른 테이프 배치를 지닐 수 있다. HTS 케이블들의 주목할만한 특별한 경우는 단일 HTS 테이프와 HTS 쌍이다. HTS 쌍은 HTS 층들이 평행하도록 배치된 한 쌍의 HTS 테이프들로 구성된다. 기재 테이프가 사용되는 경우, HTS 쌍은 타입-0(HTS 층들이 서로 대면함), 타입-1(한 테이프의 HTS 층이 다른 한 테이프의 기재와 대면함), 또는 타입-2(기재들이 서로 대면함)일 수 있다. 3개 이상의 테이프로 구성된 케이블들은 상기 테이프들의 일부 또는 전부를 HTS 쌍으로 배치할 수 있다. 적층된 HTS 테이프들은 HTS 쌍의 다양한 배치로 구성될 수 있으며, 가장 일반적으로 타입-1 쌍의 스택 또는 타입-0 쌍 및(또는 마찬가지로 타입-2 쌍)의 스택으로 구성될 수 있다.
HTS 테이프들(및 일반적으로 초전도체들)의 중요한 특성은 "임계 전류"(Ic)이며, 이는 HTS가 주어진 온도 및 외부 자기장에서 상기 스테빌라이저 층으로 전류의 일부를 구동하기에 충분한 전압을 생성하게 되는 전류이다. 초전도체가 "정상이 된" 것으로 간주되는 초전도 전이의 특성점(characteristic point)은 어느 정도 임의적이지만 일반적으로 테이프가 미터당 E0 = 10 또는 100마이크로볼트를 생성할 때로 간주된다. 상기 임계 전류는 초전도체의 온도와 초전도체의 자기장을 포함한 여러 요인에 의존할 수 있다. 후자의 경우, 자기장 크기와 자기장 내 초전도체 결정 축의 배향 양자 모두가 중요하다.
도 2는 xz 평면에서 대표적인 REBCO 테이프(200)의 단면을 보여준다. REBCO 층 자체는 결정질이며 REBCO 결정의 주축은 상기 테이프 내 한 지점에 대해 나타나 있다. 상기 REBCO 테이프는 HTS 층(201), 구리 클래딩(202) 및 기재(203)를 지니는 단순화된 형태로 도시되어 있다. REBCO의 결정 구조는 서로 수직인 3개의 주축을 가지며, 이러한 주축은 해당 분야에서 a, b 및 c로 언급된다. 본 개시내용의 목적을 위해, ab 평면에서 자기장 성분의 배향에 대한 임계 전류의 의존성이 무시되기 때문에, a 축과 b 축이 상호교환 가능한 것으로 간주될 수 있으며, 그럼으로써 그들이 "ab 평면"(다시 말하면, a 축 및 b 축에 의해 정의된 평면)으로만 간주하게 된다. 도 2에서, REBCO 층(201)의 ab 평면은 c-축(220)에 수직인 단일의 라인(210)으로서 도시되어 있다. 많은 테이프에서, ab 평면(210)은 HTS 층(201)의 평면과 밀접하게 정렬되지만 이는 일반적인 조건이 아닌 것이다.
상기 테이프의 임계 전류는 REBCO 결정의 두께 및 품질에 의존한다. 이는 또한 주변 온도와 인가된 자기장의 크기에 거의 반비례한다. 마지막으로, 이는 또한 c-축에 대해 인가된 자기장의 배향에 의존한다. 상기 인가된 자기장 벡터가 ab 평면(210)에 있을 때, 상기 임계 전류는 상기 인가된 자기장 벡터가 c-축(220)을 따라 정렬될 때보다 상당히 더 높다. 상기 임계 전류는 "ab 평면을 벗어난" 자기장 배향에서 이러한 2개의 극단 간에 매끄럽게 변하게 된다(실제로, 임계 전류가 피크를 나타내는 각도는 두 개 이상 있을 수 있다. 또한 피크의 진폭과 폭은 인가된 자기장과 온도에 따라 변하게 되지만, 본 설명의 목적을 위해 최대 임계 전류를 제공하는 인가된 B 자기장의 최적 배향을 정의하는 유력한 단일 피크를 지니는 테이프가 고려될 수 있다).
REBCO 테이프는 일반적으로 c-축이 상기 테이프의 평면에 최대한 수직에 가깝도록 제조된다. 그러나 일부 시중에서 입수 가능한 테이프들에는 x/y 평면의 수직으로부터 최대 35도 각도에 c-축이 있다.
HTS 케이블의 경우, 상기 케이블의 온도가 균일하고 상기 케이블의 전체 길이에 따른 자기장이 균일하다고 가정하면, 스택 내 모든 테이프들의 임계 전류는 상대적으로 균일하게 된다. 이 경우에 상기 케이블이 전원 공급원에 접속되면, 전류는 오옴(Ohm)의 법칙에 따라 상기 케이블의 양단에 걸린 종단 저항 비율로 상기 테이프들 사이에 분배된다. 그러나 많은 상황에서 전류 분배는 상기 케이블 내 상기 테이프들의 길이에 따라 또는 상기 케이블 내 상기 테이프들의 폭에 걸쳐, 국부 자기장의 크기 변화 또는 REBCO 층의 c-축에 대한 자기장 각도의 변화와 같은 여러 요인에 의해 영향을 받을 수 있다.
고온 초전도체들로 구성된 자석들은 구형 토카막(Spherical Tokamak; ST)과 같은 핵융합로 내에서 플라즈마를 매우 높은 온도에 가두는 데 사용될 수 있다. 구형 토카막은 단위 플라즈마 체적당 더 높은 열 출력, 및 상당한 부트스트랩 전류를 포함하여 상업용 핵융합 발전소에 상당한 이점을 제공한다. 이러한 이점들을 통해 더 작고 효율적인 기계들을 개발할 수 있어 개발 기간을 단축하고 재생 전력을 줄일 수 있다. ST의 물리학을 이해하는 과정은 모두가 펄스화된 저항식 자석(pulsed resistive magnet)을 사용하는 MAST, NSTX 및 ST40과 같은 실험 장치들을 통해 전 세계적으로 계속 진행되고 있다.
상업용 발전소에는 긴 펄스 또는 연속 작동을 위해 그리고 순수한 전력 생성을 최대화하기 위해 초전도 자석이 필요하다. 이는 토로이달 자기장(toroidal field; TF) 자석의 슬림(slim)한 중앙 컬럼이 기존의 저온 초전도체(LTS)의 성능을 넘어서는 자기장을 초전도체 상에 발생시키기 때문에 이전에는 ST에 장애물이 되었다. 최근 여러 공급업체로부터 고성능 REBCO 코팅 도체("테이프")가 상업적으로 이용 가능해짐에 따라 D-T 연료를 사용하여 순수한 전력 이득(Q > 1)을 입증하는 임무를 가진 고 자기장(high field) ST가 LTS를 사용하는 기존의 애스펙트 비를 지닌 토카막보다 작은 스케일로 구현 가능하게 되었다. 축 상에서 4T 자기장이 걸리게 하는 1.4m 주 반경 HTS ST는 적절하게 두꺼운 중성자 차폐부(> 25cm)가 구현될 수 있는 경우에 이러한 임무를 달성할 수 있다.
도 3a는 토로이달 자기장 코일(301), 폴로이달 자기장 코일(303) 및 토로이달 자기장 코일(301) 내에 위치된 토로이달 플라즈마 챔버(305)를 포함하는 구형 토카막(300)을 통한 수직 단면을 보여준다. 상기 토카막(300)은 또한, 상기 플라즈마 챔버(305)와 상기 토로이달 자기장 코일(301) 및 폴로이달 자기장 코일(303)의 중심을 통해 연장되어 있는 중앙 컬럼(307)을 포함한다. D-형 토로이달 자기장 코일(301) 각각은 D-형상을 형성하기 위해 상기 중앙 컬럼(307)의 A-A' 축을 따라 연장되어 있는 거의 직선인 섹션(309)(TF 코일(301)의 "인보드 림(inboard limb)")과 상기 직선인 섹션(309)의 양 단부에 전기적으로 연결되어 있는 곡선 섹션(311)(TF 코일(301)의 "아웃보드 림(outboard limb)")을 포함한다. 본 예에서, 상기 구형 토카막(300)은 1.4m의 대 반경(major radius)을 지니고 상기 중앙 컬럼(307)은 약 0.6m의 반경을 지닌다.
도 3b는 A-A' 축을 따라서 본 중앙 컬럼(307)의 축방향 단면을 보여준다. 상기 토카막(300)은 12개의 토로이달 자기장 코일(301)을 포함하고 상기 토로이달 자기장 코일(301) 각각의 대응하는 직선인 부분들(309)은 상기 중앙 컬럼(307)의 축 A-A'을 중심으로 등각 배치를 이루어 각이 지게 이격되어 있다. 상기 중앙 컬럼은 축 A-A'을 따라 연장되어 있고 상기 토로이달 자기장 코일(311)의 직선인 섹션들(309)이 수용되는 복수 개의 채널들(315)을 지니는 지지 부재(313)를 포함한다. 상기 지지 부재(313)는 오렌지색 세그먼트와 같이 함께 끼워지는 복수 개의 각진 세그먼트(angular segment)들로부터 형성될 수 있으며, 각각의 세그먼트는 상기 TF 코일(301) 중 하나의 인보드 림(309)을 수용한다.
도 4는 상기 토로이달 자기장 코일(301) 중 하나의 인보드 림(401)을 수용하는 상기 지지 부재(313) 세그먼트의 절반을 포함하는 상기 중앙 컬럼(307)의 각진 세그먼트(400)의 축방향 단면을 보여준다. 도 4에는 각진 세그먼트의 "상부" 절반만 도시되어 있으며, 생략된 "하부" 절반은 상부 절반의 거울상(mirror image)이다. 복수 개의 각진 세그먼트들(400)은 실질적으로 원통형인 중앙 컬럼(307)을 형성하도록 조립될 수 있다. 상기 토로이달 자기장 코일(301)의 인보드 림(401)은 HTS 케이블들(402)의 여러 턴(turn)을 감음으로써 형성되고(상기 턴("권선")은 집합적으로 "권선" 또는 "코일" 팩으로서 언급될 수 있음), 각각의 턴에는 상기 중앙 컬럼(307)의 축에 평행하게(다시 말하면, 도 4와 관련된 면으로) 연장되어 있는 HTS 테이프들이 포함되어 있다. 상기 권선 팩을 구성하는 HTS 케이블(402)의 4개의 개별 턴을 보여주는 권선 팩(401)의 일부가 도 5에 더 자세히 도시되어 있다.
일반적으로, 기존 HTS 어셈블리들(케이블들)(402)의 설계들은 저온 초전도체에 사용되는 설계를 따르고 있다. 이러한 설계들은 HTS 케이블(402)이 냉각 채널(505)을 구비하는 (구리 또는 알루미늄과 같은) 스테빌라이저 물질(502)로 둘러싸인 HTS 테이프(501)의 스택들을 포함하는 "도관 내 케이블 도체(cable-in-conduit conductor; CICC)" 구성을 가정한 것이다. 상기 스태빌라이저 물질(502)과 냉각 채널(505)은 약하므로 인코넬(Inconel)과 같은 고강도 물질로 만들어진 구조적 지지체(503)로 구성된 고강도 "재킷(jacket)"이 코일에 에너지기 가해질 때 생성되는 전자석 압력 하에서 HTS 어셈블리(402)의 기계적 변형을 방지하는 데 사용된다. HTS 케이블들(402) 사이에는 절연체(504)가 제공되어 HTS 케이블들(402)이 서로 전기적으로 절연되게 된다. HTS 테이프(501)의 스택들은 상기 스테빌라이저 물질(502)을 통과하는 중앙 냉각 채널(505)을 통해 극저온 유체(cryogen)를 흐르게 함으로써 냉각된다. HTS 어셈블리(402) 내에 냉각 채널(505)과 다량의 연질 고전도 스테빌라이저 물질(502)을 도입하면 HTS 어셈블리(402)가 약화 되고 그럼으로써 상대적으로 강한(다시 말하면, 두꺼운) 구조적 지지체(503)가 필요하게 된다. HTS 테이프(501)의 스택들은 HTS 테이프들(501)의 스택들의 냉각이 균일해지게 하기 위해 중앙 냉각 채널(505) 주위에 균일하게 이격되어 있다. 기존의 방식으로, HTS 테이프들은 HTS 테이프들의 배향이 중앙 컬럼의 축을 따라 달라지게 하는 "비틀림" 또는 "전위" 배치로 제공된다.
도 4를 다시 참조하면, 상기 중앙 컬럼(307)의 각진 세그먼트(400)는 극저온 구성요소들(HTS 케이블(402) 및 지지 부재(313))을 중성자 차폐부(404)로부터 분리하는 진공 갭(403)을 지니며, 상기 중성자 차폐부는 권선 팩(401)과 지지 부재(313)보다 상기 중앙 컬럼(307)의 축으로부터 더 멀리 제공된다.
HTS 어셈블리들(402)을 위한 도관 내 케이블 도체들의 사용은 전형적으로 100A/mm2보다 훨씬 작은 권선 팩 전류 밀도(Jwp)를 초래하며, 이는 주어진 중앙 컬럼(307)의 직경에 대해 중성자 차폐부(404)에 사용 가능한 상기 중앙 컬럼(307)의 면적이 특히 소형 토카막에서 제한적이다. 결과적으로, CICC 구성은 HTS 코일 팩(401)이 토카막의 작동시 바람직한 것보다 더 높은 핵 가열을 받게 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 의하면 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일을 위한 중앙 컬럼이 제공된다. 상기 중앙 컬럼은 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 전류를 전도하기 위한 대응하는 하나 이상의 HTS 테이프들을 포함하는 제1 및 제2 고온 초전도체(HTS) 어셈블리를 포함한다. 상기 HTS 테이프들 각각은 상기 중앙 컬럼이 사용 중일 때 상기 HTS 테이프에 걸린 자기장에 의존하는 관련 임계 전류를 지니는 HTS 물질을 포함한다. 상기 중앙 컬럼은 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 테이프의 임계 전류에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류의 차이를 감소시키거나 제거하기 위해 상기 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각시키도록 구성된 냉각 메커니즘을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 토로이달 자기장 코일의 작동 중에 생성된 자기장은 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류가 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류보다 더 커지게 할 수 있다. 이하에서 설명하겠지만, 상기 임계 전류는 상기 HTS 테이프에 걸린 자기장의 강도 및/또는 자기장의 자기장 각도에 의존한다. 특히, 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프에 걸린 자기장 강도 및/또는 자기장 각도는 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프에 걸린 자기장 강도 및/또는 자기장 각도보다 클 수 있다. 그 결과, 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류는 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류보다 작을 수 있다. 냉각 메커니즘은 이때 임계 전류들의 차이를 보상하기 위해 상기 제2 HTS 어셈블리보다 낮은 온도로 상기 제1 HTS 어셈블리를 냉각하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 HTS 어셈블리와 상기 제2 HTS 어셈블리 간 임계 전류의 차이를 감소시키거나 바람직하게는 제거하면 전송 전류가 그들 사이에 더 균일하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 냉각 메커니즘은 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프의 임계 전류가 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프의 임계 전류의 20% 이내, 바람직하게는 10% 이내, 또는 더 바람직하게는 5%, 또는 심지어는 1% 이내이게 보장하도록 구성될 수 있다.
상기 HTS 물질은 예를 들어 REBCO일 수 있다.
각각의 HTS 테이프의 임계 전류는 상기 HTS 테이프에 걸린 자기장의 강도에 반비례할 수 있다. 상기 제1 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도는 상기 제2 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도보다 클 수 있다. 일반적으로 임계 전류는 자기장 강도가 증가하면 감소하고(다시 말하면, 임계 전류가 자기장의 강도에 반비례하고) 온도가 증가하면 감소한다(다시 말하면, 임계 전류가 온도에 반비례한다). 예컨대, 임계 전류는 자기장의 강도(B)와 온도(T)에 반비례할 수 있으며, 냉각 메커니즘은 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리에 걸린 자기장 강도의 차이를 보상하는 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리에 걸친 온도 분포를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 제1 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도가 상기 제2 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도보다 클 경우, 냉각 메커니즘은 상기 제1 HTS 어셈블리를 상기 제2 HTS 어셈블리보다 낮은 온도로 냉각하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 냉각 메커니즘은 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리 간에 음(-)의 반경 방향 온도 구배(dT/dr)를 생성함으로써 자기장의 양(+)의 반경 방향 구배(dB/dr, 여기서 r은 상기 중앙 컬럼의 축으로부터의 반경 방향 거리임)를 보상하도록 구성될 수 있다. 상기 온도 구배는 자기장의 구배에 의해 생성된 임계 전류 Ic(B,T)의 변화가 거의 상쇄되도록 선택될 수 있다.
상기 HTS 테이프들 각각은 HTS 테이프의 HTS 물질의 결정 구조에 대해 정의된 관련 평면을 지닐 수 있다. 상기 평면들은 예를 들어 도 2의 REBCO 테이프(200)와 관련하여 위에서 언급한 바와 같은 ab-평면들일 수 있다. 각각의 HTS 테이프의 임계 전류는 HTS 테이프에 걸린 자기장과 HTS 테이프의 평면 간의 자기장 각도에 의존할 수 있으며, 임계 전류는 각도의 증가에 따라 감소한다. 상기 HTS 어셈블리들은 자기장과 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 평면 간의 자기장 각도가 자기장과 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 ab-평면 간의 자기장 각도보다 크도록 배치될 수 있다. 상기 HTS 어셈블리들 각각에 대해, 상기 HTS 어셈블리의 HTS 테이프들의 대응하는 평면들은 서로 평행할 수 있다. 선택적으로, 상기 제1 HTS 어셈블리 내 HTS 테이프들의 평면들은 상기 제2 HTS 어셈블리 내 HTS 테이프들의 평면들에 평행할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 HTS 어셈블리들 각각은 축을 중심으로 HTS 테이프들의 중첩된 권선들을 포함하는 대응하는 평면형 팬케이크 코일의 일부일 수 있으며, 상기 팬케이크 코일들은 대면 배치로 서로 인접하게 적층된다. 일 예로, 각각의 HTS 테이프의 최대 임계 전류는 자기장(B)이 상기 HTS 테이프의 ab 평면에 평행할 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 냉각 메커니즘은 자기장과 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 ab-평면 간의 자기장 각도가 자기장과 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 ab-평면 간의 자기장 각도보다 클 때 상기 제1 HTS 어셈블리를 상기 제2 HTS 어셈블리보다 더 낮은 온도로 냉각하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 HTS 어셈블리와 상기 중앙 컬럼의 축 간의 거리는 상기 제2 HTS 어셈블리와 상기 중앙 컬럼의 축 간의 거리보다 클 수 있으며, 상기 거리들 각각은 축에 수직인 평면에서 측정된다.
냉각 메커니즘은 극저온 유체, 바람직하게는 헬륨, 더 바람직하게는 초임계 헬륨이 흐르게 되는 하나 이상의 채널들을 포함할 수 있다.
냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 실질적으로 직선형일 수 있고(또는 실질적으로 직선인 부분을 포함할 수 있고)(다시 말하면, 채널의 중심 라인은 직선이고) 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 구성요소를 지니는 방향으로 연장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널 및 HTS 테이프들은 모두 중앙 컬럼의 축에 (실질적으로) 평행할 수 있다.
냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제1 HTS 어셈블리 간의 열 임피던스(thermal impedance)는 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제2 HTS 어셈블리 간의 열 임피던스보다 작을 수 있다.
냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 상기 제1 HTS 어셈블리 간의 최단 거리는 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 상기 제2 HTS 어셈블리 간의 최단 거리보다 작을 수 있으며, 상기 거리들 각각은 축에 수직인 평면에서 측정된다. 이러한 구성은 (적어도 상기 거리들이 측정된 평면에서) 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널이 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각할 수 있게 해준다. 일부 예들에서, 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 상기 중앙 컬럼 전체를 따라 상기 제2 HTS 어셈블리보다 상기 제1 HTS 어셈블리에 더 가까울 수 있다.
일부 구현 예들에서, 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 상기 제1 HTS 어셈블리 및 상기 제2 HTS 어셈블리 양자 모두보다 상기 중앙 컬럼의 축으로부터 더 멀리 위치하게 될 수 있다. 바람직하게는, 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 상기 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리에 우선적인 냉각을 제공하기 위해 상기 제1 HTS 어셈블리보다 상기 제2 HTS 어셈블리로부터 더 멀리 위치하게 된다.
상기 제1 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 밀도는 상기 제2 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 밀도보다 클 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 상기 제1 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 대응하는 단면적들은 상기 제2 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 대응하는 단면적들보다 클 수 있다. 이들 구성들은 냉각 채널들이 상기 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리에 더 큰 냉각력(cooling power)을 제공할 수 있게 해준다.
상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리들은 각각 복수 개의 HTS 테이프들을 포함할 수 있으며, 각각의 HTS 테이프는 HTS 테이프의 HTS 물질의 결정 구조에 대해 정의된 관련 ab-평면을 지니고, 상기 HTS 테이프들의 대응하는 ab-평면들은 상기 HTS 어셈블리들 각각 내에서 서로 평행하다.
HTS 자석은 하나 이상의 채널들을 지니는 지지 부재를 더 포함할 수 있으며, 채널 또는 각각의 채널은 바람직하게는 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 방향으로 연장되어 있다. 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리들은 상기 지지 부재의 하나 이상의 채널들 내에 제공될 수 있다.
상기 중앙 컬럼의 적어도 일부는 구리, 바람직하게는 경동과 같은 열전도성 물질, 다시 말하면 HTS 테이프들 내 HTS 물질의 임계 온도보다 낮은 온도에서 높은 열 전도성을 지니는 물질로 만들어질 수 있다. 일부 예들에서, 상기 물질은 20K 내지 40K 범위의 온도에 대해 100W/mK 초과, 300W/mK 초과 또는 심지어는 7000W/mK 초과의 열전도도를 지닐 수 있다. 냉각 메커니즘은 상기 지지 부재의 일부의 몸체 부분과 인접한 지지 부재의 면을 통해(다시 말하면, 상기 몸체 부분과 상기 면 간의 계면 없이) 상기 지지 부재의 일부를 냉각하도록 구성될 수 있다. 상기 몸체 부분은 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리들이 제공되어 있는 상기 지지 부재의 채널 또는 각각의 채널의 하나 이상의 벽들을 통해 상기 제1 HTS 어셈블리 및/또는 상기 제2 HTS 어셈블리와 접촉해 있고, 그럼으로써 상기 제1 HTS 어셈블리 및/또는 상기 제2 HTS 어셈블리가 상기 지지 부재의 일부에 의해 냉각된다.
상기 제2 HTS 어셈블리의 적어도 일부는 상기 제1 HTS 어셈블리의 방사상 내측에 위치하게 될 수 있는데, 다시 말하면 상기 제1 HTS 어셈블리보다 상기 중앙 컬럼의 축에 더 가깝게 연장되어 있다. 상기 일부는 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 지지 부재의 일부의 몸체 부분과 열 접촉할 수 있으며, 그럼으로써 열은 상기 제2 HTS 어셈블리의 일부로부터 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 지지 부재의 일부를 통해 냉각 메커니즘으로 전달된다. 냉각 메커니즘은 상기 중앙 컬럼이 사용 중일 때 HTS 어셈블리들 각각의 온도보다 낮은 온도로 냉각 메커니즘에 의해 냉각된 지지 부재의 일부를 냉각하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리는 25K 내지 35K의 온도로 냉각될 수 있는 반면, 상기 지지 부재의 일부는 냉각 메커니즘에 의해 냉각될 수 있으며 20K 내지 25K의 온도로 냉각될 수 있다.
상기 지지 부재는 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 부분의 방사상 내측에 위치하게 되고 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 부분보다 더 높은 기계적 강도를 지니는 다른 부분을 포함할 수 있다. 상기 다른 부분은 예를 들어 Iconel(TM)로 만들어질 수 있다. 증가된 기계적 강도는 상기 중앙 컬럼이 사용 중일 때 생성된 로렌츠 힘(Lorentz force)의 결과로서 상기 HTS 어셈블리들에 의한 상기 중앙 컬럼의 압축을 저지한다.
냉각 메커니즘은 상기 HTS 테이프들 각각을 HTS 테이프 내 HTS 물질의 임계 온도 미만, 바람직하게는 30K 미만, 더 바람직하게는 25K 미만, 예컨대 약 20K의 온도로 냉각하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 의하면, 위의 제1 실시형태에 따른 중앙 컬럼과 각각의 권선이 HTS 테이프들 중 대응하는 HTS 테이프를 포함하는 HTS 테이프의 복수 개의 권선들을 포함하는 토로이달 자기장 코일을 포함하는 토카막 플라즈마 챔버가 제공된다. 상기 토카막 플라즈마 챔버는 전류가 상기 토로이달 자기장 코일의 권선 주위로 흐르게 될 때 상기 플라즈마 챔버 내부에 토로이달 자기장을 제공하도록 구성된 복수 개의 토로이달 자기장 코일들을 더 포함할 수 있으며, 상기 중앙 컬럼은 상기 토로이달 자기장 코일들 각각에 대한 대응하는 제1 및 제2 HTS 어셈블리를 포함한다(다시 말하면, 상기 토로이달 자기장 코링의 각각의 권선은 상기 제1 및 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프들의 대응하는 HTS 테이프를 포함한다).
상기 토로이달 자기장 코일들은 예를 들어 D-형상 코일들일 수 있으며, 여기서 상기 권선들은 상기 중앙 컬럼의 HTS 테이프들에 의해 형성된 인보드 림(D-형상의 직선인 부분에 상응함)과 상기 권선들 각각을 구성하는 다른 HTS 테이프들에 의해 형성된 아웃보드 림(D-형상의 곡선 부분에 상응함)을 형성하도록 배치된다. 상기 토로이달 자기장 코일의 권선들 중 제1 권선에 공급되는 전류는 (솔레노이드에서와같이) 코일의 다른 권선들 각각 주위를 차례로 순환하고, 전류는 상기 인보드 림을 따라 상기 아웃보드 림 주위로 전달되어 다시 권선들 각각에 대해 상기 인보드 림 내로 전달된다.
본 발명의 제3 실시형태에 의하면, 위의 제2 실시형태에 따른 토카막 플라즈마 챔버를 작동하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수 개의 토로이달 자기장 코일들 각각에 대해:
상기 토로이달 자기장 코일의 권선들 주위에 전류를 흐르게 하는 단계; 및
제2 HTS 어셈블리에 비해 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각시키는 냉각 메커니즘을 사용하여, 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류에 대한 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류의 차이를 감소시키거나 제거하는 단계;
를 포함한다.
상기 냉각 메커니즘이 하나 이상의 냉각 채널들을 포함하는 경우, 상기 냉각 메커니즘을 사용하는 것은 초임계 헬륨과 같은 극저온 유체를 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널을 통해 흐르는 것을 포함할 수 있다.
상기 토로이달 자기장 코일에 의해 생성된 자기장은, 예를 들어 상기 제1 HTS 어셈블리들 각각에 걸린 자기장의 강도가 상기 제2 HTS 어셈블리들 각각에 걸린 자기장의 강도보다 크도록 이루어질 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 상기 자기장과 상기 제1 HTS 어셈블리들 각각의 HTS 테이프들 내 ab-평면 또는 각각의 ab-평면 간의 자기장 각도는 상기 자기장과 상기 제2 HTS 어셈블리들 각각의 HTS 테이프들의 ab-평면 간의 자기장 각도보다 클 수 있다.
본 발명의 제4 실시형태에 의하면, 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼이 제공된다. 상기 중앙 컬럼은 중심축 주위에 이격된 복수 개의 채널들을 지니는 지지 부재를 포함한다. 각각의 채널에는 상기 중심축에 평행한 전류를 전도하기 위한 하나 이상의 초전도체 물질 층들을 포함하는 도체 요소가 제공되어 있다. 상기 중앙 컬럼은 핵융합로로서 토카막 플라즈마 챔버의 작동 전 또는 작동 중에 상기 중심축에 수직인 방사상 방향을 따라 각각의 도체 요소에 걸쳐 하향 온도 구배를 생성(또는 유지)하기 위해 초전도체 물질을 냉각시키도록 구성된 냉각 메커니즘을 더 포함하고, 그럼으로써 각각의 도체 요소의 온도는 상기 방사상 방향을 따라 상기 중심축으로부터 멀어질수록 감소하게 된다.
각각의 도체 요소에 걸친 온도 구배는 상기 중심축으로부터의 거리가 증가함에 따라 자기장 강도 증가 및/또는 최적이 덜된 자기장 각도를 적어도 어느 정도 보상함으로써 상기 도체 요소의 초전도체 물질 내 임계 전류(I/Ic)에 대한 전류의 비율을 상기 방사항 방향으로 더 균일하게 하는데 도움이 된다.
상기 냉각 메커니즘은 극저온 유체가 흐르게 되도록 상기 지지 부재를 통해 연장되어 있는 하나 이상의 냉각 채널들을 포함할 수 있다. 상기 냉각 채널들의 밀도 및/또는 상기 냉각 채널들의 대응하는 단면적들은 극저온 유체가 상기 냉각 채널들을 통해 흐를 때 상기 지지 부재의 반경방향 내부 및 외부 부분에 차등 냉각을 제공하기 위해 상기 지지 부재를 가로질러 방사상으로 증가할 수 있다.
상기 냉각 메커니즘은 상기 냉각 채널들을 통해 극저온 유체의 유속을 제어하기 위한 조절기를 포함할 수 있으며, 상기 냉각 채널들과 상기 조절기는 제2 세트의 냉각 채널들보다 제1 세트의 냉각 채널들을 통해 더 큰 유속들을 제공하도록 구성되며, 상기 제1 세트의 냉각 채널들은 상기 제2 세트의 냉각 채널들보다 상기 중심축으로부터 더 멀리 위치하게 된다.
각각의 도체 요소는 상기 냉각 채널들의 대응하는 냉각 채널을 정의하기 위해 채널의 하나 이상의 벽들으로부터 이격되어 있을 수 있다.
각각의 도체 요소는 복수 개의 초전도체 물질 층들을 포함할 수 있고, 상기 복수 개의 초전도체 물질 층은 반경 방향에 실질적으로 수직으로 배치된다.
사용 시, 각각의 도체 요소에 대해, 제1 초전도체 물질 층의 평균 온도는 제2 초전도체 물질 층의 평균 온도보다 높을 수 있으며, 상기 제1 초전도체 물질 층은 상기 제2 초전도체 물질 층보다 상기 중심축에 더 가깝게 위치하게 된다. 상기 제1 초전도체 물질 층은 상기 도체 요소의 방사상 최내곽 층일 수 있고, 상기 제2 초전도체 물질 층은 상기 도체 요소의 방사상 최외곽 층일 수 있다. 상기 냉각 채널들은 사용 시 극저온 유체가 각각의 도체 요소의 제2 초전도체 물질 층과 접촉하도록 배치될 수 있다.
각각의 도체 요소는 상기 도체 요소가 제공되어 있는 상기 지지 부재의 채널의 부분(예컨대, 벽)과 접촉할 수 있으며, 상기 부분은 상기 중심 축에 수직인 방향으로 연장되어 있고 열 전도성 물질로 만들어진다. 상기 열 전도성 물질은 구리, 바람직하게는 경동일 수도 있고 구리, 바람직하게는 경동을 포함할 수도 있다.
초전도체 물질은 REBCO와 같은 고온 초전도체(HTS) 물질일 수 있다.
각각의 도체 요소는 채널 내에 나란히 배치된 복수 개의 HTS 테이프 스택들을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 인접한 스택들 간에 절연체 물질이 제공되어 있다. 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 대응하는 도체 요소의 면에 걸쳐 있을 수 있다.
상기 극저온 유체는 헬륨, 바람직하게는 초임계 헬륨일 수 있다.
본 발명의 제5 실시형태에 의하면, 위의 제4 실시형태에 따른 중앙 컬럼과 복수 개의 토로이달 자기장 코일들을 포함하는 토카막 플라즈마 챔버가 제공되며, 각각의 토로이달 자기장 코일은 대응하는 하나 이상의 도체 요소들을 포함한다.
본 발명의 제6 실시형태에 의하면, 위의 제4 실시형태에 따른 중앙 컬럼과 복수 개의 토로이달 자기장 코일들을 포함하는 토카막 플라즈마 챔버를 작동하는 방법이 제공되며, 각각의 토로이달 자기장 코일은 대응하는 하나 이상의 도체 요소들을 포함하고, 상기 방법은 전류가 상기 토로이달 자기장 코일들 각각에 공급되기 전 및/또는 공급되는 동안 상기 냉각 채널을 통해 극저온 유체를 흐르는 단계를 포함한다. 상기 극저온 유체는 헬륨, 바람직하게는 초임계 헬륨일 수 있다. 상기 극저온 유체의 유량은 핵융합로로서 상기 토카막 플라즈마 챔버의 펄스 작동 전 및/또는 작동 중에 증가될 수 있다.
도 1은 선행기술의 HTS 테이프의 개략적인 사시도이다.
도 2는 테이프의 a-b 평면과 c-축을 보여주는 HTS 테이프의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 토카막의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 토카막 중앙 컬럼의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b의 중앙 컬럼 세그먼트의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 5는 도 4의 중앙 컬럼 세그먼트의 권선 팩의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 토카막의 중앙 컬럼 세그먼트의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 중앙 컬럼의 권선 팩의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 중앙 컬럼 세그먼트의 개략적인 축방향 단면도이다.
도 9는 중첩된 중앙 컬럼의 온도 분포 시뮬레이션 결과와 함께 도 8의 중앙 컬럼 세그먼트의 개략적인 축방향 단면도이다.
본 발명의 목적은 토카막 플라즈마 챔버의 기존 중앙 컬럼에 대해 위에서 설명한 문제들 중 일부를 극복하거나 적어도 완화하는 것이다. 일부 구현 예들에서, 본 발명은 상기 토카막 플라즈마 챔버가 작동될 때 (토로이달 자기장 코일의 "인보드(inboard)" 레그(leg)를 형성하는) 상기 중앙 컬럼의 축을 따라 연장되어 있는 HTS 케이블들(다시 말하면, HTS "어셈블리들") 간 전송 전류 분포가 기존 중앙 컬럼들에 비해 보다 균일하게 되는 중앙 컬럼들이 만들어지는 것을 허용한다. 특히, 상기 전송 전류의 보다 균일한 분포는 상기 토로이드 자기장 코일의 한 HTS 케이블 내 HTS 테이프들을 상기 토로이드 자기장 코일의 다른 한 HTS 케이블 내 HTS 테이프들에 비해 우선적으로 냉각시키는 냉각 메커니즘을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 냉각은 2개의 HTS 케이블의 HTS 물질 내 임계 전류들 간의 차이(다시 말하면, 불균형)를 보상한다. 상기 임계 전류들의 차이를 줄이거나 제거함으로써, 상기 전송 전류는 상기 중앙 컬럼 내 HTS 케이블들 간에 보다 균등하게 공유된다. 예를 들어, 임계 전류에 대한 전송 전류의 비율은 상기 HTS 케이블들의 경우 더 일정해질 수 있다. HTS 물질의 차등 냉각은 상기 중앙 컬럼 내 어디에 상기 HTS 물질이 위치해 있든 관계없이 상기 HTS 물질에 균일하게 높은 냉각 속도를 제공하는 것을 목표로 하는 기존 중앙 컬럼에 사용되는 수법과는 상반되는 것이다.
LTS 물질과는 달리 HTS 물질을 사용한다는 것은 일반적으로 초전도의 손실(또는 부분 손실)로 인해 열 폭주(thermal runaway)가 발생할 위험 없이 2개(또는 그 이상)의 HTS 케이블들 간에 더 큰 온도 차이가 존재할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, LTS 물질을 사용하는 기존 자석에서는 LTS 물질의 온도 마진, 다시 말하면 작동 온도와 열 폭주가 시작되는 임계 온도 간의 차이가 1K 미만일 수 있다. 이와는 대조적으로, HTS 물질의 경우 온도 마진은 10배(an order of magnitude)보다 더 높을 수 있으므로 HTS 자석은 초전도의 손실 없이 상기 HTS 자석의 권선 전체에 걸쳐 더 큰 온도 구배(temperature gradient)를 견뎌낼 수 있다.
도 6은 토카막 플라즈마 챔버(예컨대, 도 3a의 토카막(300))의 중앙 컬럼(600)의 각진 세그먼트(angular segment)의 축방향 단면도이다. 도 4 (및 이하에서 설명되는 도 8)의 경우에는, 상기 각진 세그먼트의 절반만이 도 6에 도시되어 있으며, 상기 각진 세그먼트의 생략된 절반은 본 도면에 도시된 것의 거울상(mirror image)이다. 상기 중앙 컬럼(600)은 도 3b 및 도 4의 지지 부재(313)와 유사한 지지 부재(613)를 포함한다. 상기 지지 부재(613)는 상기 중앙 컬럼(600)의 축에 평행하게 (다시 말하면, 도 6의 면으로) 연장되어 있며 "권선 팩(winding pack)"(602)으로서 배치된 복수 개의 HTS 어셈블리들(601)을 수용하는 채널을 포함한다. 각각의 HTS 어셈블리(601)는 상기 중앙 컬럼(600)의 축에 평행한 방향으로(다시 말하면, 도 6의 면으로) 연장되어 있다. 도 6에 도시된 구현 예에서, 각각의 HTS 어셈블리(601)는 복수 개의 HTS 테이프들을 포함하며, 각각의 테이프는 상기 중앙 컬럼(600)의 축에 (실질적으로) 평행한 각각의 테이프의 가장 긴 축을 갖도록 정렬된다. 각각의 HTS 어셈블리(601)는 또한 상기 중앙 컬럼(600)의 축을 향해, 다시 말하면 상기 중앙 컬럼의 반경을 따라 안내되는 구성요소를 적어도 지니는 방향으로 연장되어 있다. 상기 HTS 어셈블리들(601)은 스택으로서 배치되어 있고 상기 HTS 어셈블리들(601)의 길이들은 상기 각진 세그먼트의 형상을 효율적으로 사용하기 위해 다르게 되는데, 다시 말하면 스택의 양단에서의 HTS 어셈블리들(601)의 길이들(예컨대, 도 6과 관련하여 스택 상단에 있는 HTS 어셈블리(601)의 길이)는 스택 중간에 있는 HTS 어셈블리들(601)의 길이들보다 짧다.
상기 중앙 컬럼(600)은 또한 토카막이 사용 중일 때(다시 말하면, 핵 반응로로서 작동될 때) 상기 HTS 어셈블리들(601)과 상기 지지 부재(613)의 핵 가열을 제한하기 위해 상기 지지 부재(613)를 둘러싸는 핵 차폐부(604)와 상기 지지 부재(613) 간에 진공 갭(603)을 포함한다. 상기 지지 부재(613)는 구리(하지만 다른 금속 및/또는 합금이 사용될 수 있음)로 만들어질 수 있고, 단일 부품으로서 형성될 수도 있고 도 8과 관련하여 이하에서 설명되는 바와 같은 2개 이상의 부품들로 형성될 수도 있다.
도 7은 상기 지지 부재(613)의 채널 내에 제공되는 상기 권선 팩(602)의 일부를 보여주는 중앙 컬럼(600)의 축방향 단면도이다. 도 7에 도시된 권선 팩(602)은 (도 6에 도시된 3개의 HTS 어셈블리(601)의 스택보다는) 4개의 HTS 어셈블리(701)의 스택을 포함한다. 일반적으로, 상기 스택은 상기 중앙 컬럼(600)의 크기들과 HTS 테이프들의 치수들에 의해서만 제한되는 임의 개수의 HTS 어셈블리들(601)을 포함할 수 있다. 예를 들어 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 한 쌍의 스테빌라이저 층들(702A, 702B)은 HTS 어셈블리들(701)의 스택의 양측 상에서, 권선 팩(602)을 수용하는 상기 지지 부재(613)의 채널의 대향 벽들과 상기 스택 사이에 제공된다. 상기 채널의 벽들은 상기 HTS 테이프들의 변형 및 손상 가능성을 방지하기 위해 상기 HTS 어셈블리들(701)에 대한 구조적 지지체(703)로서 역할을 한다. 본 예에서, 전기 절연층(704)은 상기 HTS 어셈블리들(701)을 서로 분리시키기 위해 대응하는 이웃한 쌍들의 HTS 어셈블리들(701) 사이에 제공된다.
상기 HTS 어셈블리들(701)은 각각 대면(對面)으로 배치된 HTS 테이프들의 어레이를 포함하며, HTS 테이프들은 서로 평행하게 이루어져 있고 상기 HTS 테이프들의 대응하는 면들을 통해 서로 접촉하게 된다. 이 경우에, HTS 테이프들의 어레이들 각각은 도 3a에 도시된 TF 코일들(301)과 같은 토로이달 자기장(TF) 코일의 일부인 대응하는 팬케이크 코일(pancake coil)의 일부를 형성한다. 이러한 배치는 상기 중앙 컬럼(600)의 축으로부터 가장 멀리 있는 HTS 어셈블리(701)의 단부를 냉각하는 것으로, 개재(介在)된 HTS 테이프를 통해 HTS 어셈블리(701)의 다른 단부가 냉각되게 하도록 상기 HTS 테이프들 사이에 열이 효율적으로 전달될 수 있게 한다.
핵융합 스케일(fusion-scale) HTS 자석들의 비틀림(twisting)이나 전위(轉位; transposition) 없이 HTS 어셈블리들("케이블들")를 사용하는 것은 논란의 여지가 있다. 그러나 이러한 특징들은 명목상 AC 손실을 최소화하고 테이프들 간에 동일한 전류 공유를 보장하기 위해 핵융합 자석들을 위한 LTS 케이블들로부터 이어져온 것들이다. 그러나 코팅된 REBCO 도체들의 크기가 상대적으로 크다는 것은 트위스트 피치들이 길고 실제로 손실 감소가 최소화된다는 것을 의미한다. 이와는 반대로, 더 높은 온도에서 작동함으로써 열적 안정성이 향상된다는 것은 대형 코일들의 비틀림이나 전위 없이 대형 코일들의 안정된 작동이 가능하다는 것을 의미한다. (위에서 설명한 HTS 어셈블리들(701)에서와 같은) 스택으로 이루어진 테이프 설계 선택은 또한 REBCO ab-평면을 국부 자기장 벡터와 더 잘 정렬함으로써 3~5배 더 높은 임계 전류를 달성할 수 있게 해주는데, 이는 위에서 설명한 TF 중앙 컬럼(600)에서 가능하다.
냉각 채널(705)은 권선 팩(602)의 반경방향 최외각 단부에 제공되는데, 다시 말하면, 상기 중앙 컬럼(600)은 상기 권선 팩(602)이 상기 냉각 채널(603)과 상기 중앙 컬럼(600)의 축 사이에 제공되도록 배치된다. 본 예에서, 상기 HTS 어셈블리들(701)의 면들은 함께 상기 냉각 채널(705)의 벽들 중 하나를 형성하고, 그럼으로써 (초임계 헬륨(supercritical helium)과 같은) 극저온 유체가 냉각 채널(705)을 통해 흐를 때 상기 유체가 상기 HTS 테이프들의 방사상 최외측 면들과 접촉하여 우선적으로 상기 HTS 테이프들의 방사상 최외측 면들을 냉각시킬 수 있게 한다.
도 6의 중앙 컬럼(600)은 도 4의 중앙 컬럼(400)과 동일한 반경을 지니지만, 적어도 부분적으로는 상기 냉각 채널(705)이 권선 팩(602)의 외부에 제공되기 때문에 훨씬 더 작은 면적을 점유하는 권선 팩(602)을 지닌다. 따라서 도 6 및 도 7에 도시된 권선 팩(602)은 CICC 타입 HTS 어셈블리들(402)을 포함하는 도 4의 권선 팩(402)보다 Jwp ~350A/mm2인 훨씬 더 높은 권선 팩 전류 밀도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 중앙 컬럼(600)의 더 많은 부분이 핵 차폐부(604)에 사용될 수 있는데, 이는 핵 가열 속도를 낮추어주고 토카막이 작동될 때 상기 중앙 컬럼(600)에 대한 손상을 줄여줄 뿐만 아니라 상기 HTS 어셈블리들(601)의 HTS 테이프들 내 임계 전류의 중성자 유도 열화 위험을 줄여준다. 더 두꺼운 중성자 차폐부(604)로 인해 발생하는 핵 가열이 더 낮아진다는 것은 또한 상기 HTS 어셈블리들의 방사상 내부 부분들이 예컨대 이하에서 도 8을 참조하여 설명되겠지만 흐르고 있는 초임계 헬륨의 고리로 상기 지지 부재(613)를 둘러쌈으로써 상기 지지 부재(613)를 통한 전도 냉각(conduction cooling)에 의해 냉각될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 상기 냉각 채널을 권선 팩(602)의 외부에 위치시킴으로써, 권선 팩(602)의 기계적 무결성이 높게 유지하게 되고 그럼으로써 상기 HTS 어셈블리들(701) 각각의 주위에 두껍고 강도가 높은 재킷(다시 말하면, 지지 구조)이 필요하지 않을 수 있고, 결과적으로는 상기 HTS 테이프들이 더 많은 공간을 점유하게 되고 상기 HTS 어셈블리들(601)의 열전도도가 증가하게 된다.
도 8은 상기 지지 부재가 방사상 내부 섹션(801A)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 6의 중앙 컬럼(600)과 유사한 대표적인 중앙 컬럼(800)의 세그먼트(의 절반)를 통한 축방향 단면도이며, 상기 방사상 내부 섹션(801A)은 (예를 들어) 토로이달 자기장 코일들이 작동하게 될 때 상기 중앙 컬럼의 높은 기계적 부하를 견디기 위해 Iconel(TM) 합금으로 만들어질 수 있다. 상기 지지 부재는 또한, 경동(hard copper)과 같은 구리로 만들어질 수 있고 도 7과 관련지어 설명한 HTS 어셈블리들(701)과 유사한 6개의 HTS 어셈블리(802A, 802B, 802C)(6개의 HTS 어셈블리 중 단지 3개의 HTS 어셈블리만이 도 8에 도시됨)의 스택을 포함하는 권선 팩(802)을 가로질러 연장되어 있는 방사상 외부 섹션 또는 "사이드바(sidebar)"(801B)를 포함한다. 본 예에서, 상기 HTS 어셈블리들(802A, 802B, 802C)은 스택으로서 배치된 3개의 팬케이크 코일(의 실질적으로 직선인 섹션들)이고, 각각의 팬케이크 코일은 HTS 테이프들을 포함하며 각각의 HTS 테이프(예컨대, 위에서 도 1과 관련하여 설명한 바와 같은 HTS 테이프(100))는 복수 개의 HTS 물질 층들을 포함한다.
상기 중앙 컬럼(800)은 또한, "내부" 냉각 채널(805)이 상기 사이드바(801B) 내에 포함되어 있다는 점에서 도 6의 중앙 컬럼(600)과는 다른 것이다. 상기 냉각 채널(805)은 상기 중앙 컬럼(800)의 축에 평행한 방향으로, 다시 말하면 도 8의 면으로 연장되어 있다. 이러한 구성을 통해 상기 사이드바(801B)는 상기 냉각 채널(805) 내에 흐르고 있는 극저온 유체에 의해 내부로부터 냉각될 수 있다.
물론, 2개 이상의 내부 냉각 채널(805)은 상기 사이드바(801B) 내에 제공될 수 있으며, 상기 냉각 채널들(805)의 개수 및/또는 밀도 및/또는 상기 채널들(805)의 단면적은 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C) 내 HTS 테이프들의 임계 전류들이 더 균일해지게끔 상기 중앙 컬럼(800) 내 온도 분포를 변경하도록 다르게 이루어진다.
상기 토카막의 작동 동안, 토로이달 자기장은 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)을 포함하는 팬케이크 코일들(및 도 8에는 도시되어 있지 않은, 상기 중앙 컬럼(800)의 대응하는 다른 세그먼트들의 팬케이크 코일들)의 권선들 주위의 전류 순환에 의해 생성된다. 상기 자기장은 상기 중앙 컬럼(800)의 축 A-A' 상의 0에서부터 시작하여 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C) 각각을 가로질러(다시 말하면, 도 8의 좌측으로부터 우측으로) 대략 선형적으로 증가하면서 상기 중앙 컬럼(800)을 가로질러 방사상으로 달라지게 된다.
상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)이 일반적으로 방사상 내측으로(다시 말하면, 상기 중앙 컬럼(800)의 축을 향하는 적어도 하나의 구성요소를 지니는 방향으로) 서로 다른 양만큼 연장되어 있음에 따라, 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)의 HTS 테이프들은 서로 다른 자기장의 강도를 경험하게 된다. 본 예에서 상기 HTS 테이프들이 모두 서로 평행하게 배치되어 있으므로, 상기 HTS 테이프 각각에서의 자기장의 각도도 HTS 테이프가 HTS 어셈블리(802A-802C) 중 어느 HTS 어셈블리에 속하는지에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 세그먼트의 중앙(다시 말하면, 도 8의 하단 측 세그먼트의 중앙)을 향해 위치한 HTS 어셈블리(802A)의 HTS 테이프들에 대한 자기장의 정렬은 상기 사이드바(801B)에 가장 가까운 HTS 어셈블리(802C)의 HTS 테이프들에 대한 자기장의 정렬보다 초전도성에 더 유리하다. 다양한 자기장의 강도 및 정렬들의 결합 효과는 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)의 임계 온도가 다르게 된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 자기장 정렬이 더 유리하고, 전체적으로는 상기 HTS 어셈블리(802A)에 걸친 자기장 강도가 더 낮은 HTS 어셈블리(802A)는 약 40K의 임계 온도를 지닐 수 있는 반면에, 다른 2개의 HTS 어셈블리(802B-802C)는 각각 약 37K 및 32K의 더 낮은 임계 온도를 지닐 수 있다.
도 9는 초임계 헬륨 흐름에 의한 능동 냉각을 고려하여, 핵융합로로서 상기 토카막의 펄스 작동 후 상기 중앙 컬럼(800) 내 온도 분포에 대한 MCNP(Monte Carlo N-Particle Transport) 시뮬레이션 및 열 유한 요소 분석(thermal finite element analysis; FEA)의 결과를 도 8의 중앙 컬럼(800)의 세그먼트 상에 겹쳐서 보여준다. 명확성을 위해, 상기 냉각 채널(805)은 도 9에서 생략되어 있다. 핵융합 펄스 이전에, 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C) 각각은 약 20K로 냉각된다. 35MW 핵융합 펄스 동안, 대략 50kW의 열이 상기 중앙 컬럼(800)으로 전달되어, 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C) 각각의 대응하는 온도들이 약 35K(HTS 어셈블리(802A)), 33.5K(HTS 어셈블리(802B)) 및 31K(HTS 어셈블리(802C))로 증가하게 된다. 시뮬레이션은 핵 열 부하가 상기 중앙 컬럼(800)에 걸쳐 반경 방향으로 변하며, 가장 높은 핵 열 부하가 상기 HTS 어셈블리들(802A-C)의 반경 방향 최외곽 가장자리들에서 발생하고 상기 중앙 컬럼(800)의 축에 가깝게 약 2배만큼 감소하는 것으로 밝혀졌음을 나타낸다. 그러나 더 많은 열이 냉각 채널(805)로 흐르고 냉각 채널(805)에 가장 가까운 구성요소들로부터 헬륨 냉각제로 제거됨에 따라 냉각 채널(805)의 위치 때문에 온도는 반대의 의미로 변한다.
대안으로 또는 추가로, "외부" 냉각 채널은 상기 사이드바(801B) 외부에 제공될 수 있으며, 이는 상기 권선 팩(802)(다시 말하면, 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)의 면들)과 상기 사이드바(801B)의 면 양자 모두에 걸쳐 있고 그럼으로써, 상기 냉각 채널의 벽들 중 하나의 벽이 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)과 상기 사이드바(801B)의 반경방향 최외곽 면들에 의해 함께 형성된다. 이러한 구성은 상기 HTS 어셈블리들 및 상기 사이드바(801B)의 이러한 면들이 상기 냉각 채널 내에 흐르고 있는 극저온 유체에 의해 냉각될 수 있게 해준다. 일 예에서, 상기 냉각 채널은 세그먼트들 각각의 사이드바들(801B)과 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)을 둘러싸는 고리를 형성하기 위해 상기 중앙 컬럼(800) 주위로 연속 연장되어 있을 수 있다. 사용 시, 초임계 헬륨은 이때 상기 냉각 채널을 통해 흘러서 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)과 상기 사이드바(801B)를 직접 냉각하는데, 다시 말하면, 초임계 헬륨(또는 다른 극저온 유체)은 상기 HTS 어셈블리들(802A-802C)과 상기 사이드바(801B)의 대응하는 면들과 접촉하여 그들을 냉각시킬 수 있다. 특히, 초임계 헬륨과 접촉하는 상기 사이드바(801B)의 면은 높은 열 전도를 보장하기 위해 상기 사이드바(801B)의 서로 다른 영역들 간의 상기 사이드바(801B) 내 계면 없이 상기 사이드바(801B)의 나머지 부분과 인접할 수 있다.
위에 본 발명의 다양한 실시예가 설명되어 있지만, 여기서 이해하여야 할 점은 그러한 실시 예들이 예로서 제시된 것이지 제한으로써 제시된 것이 아니라는 점이다. 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 형태와 세부사항에 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 관련 기술(들)의 숙련자에게 명백해질 것이다.

Claims (21)

  1. 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼으로서, 상기 중앙 컬럼은,
    상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 전류를 전도하기 위한 대응하는 하나 이상의 HTS 테이프들을 포함하는 제1 및 제2 고온 초전도체(HTS) 어셈블리들 - 상기 HTS 테이프들 각각은 상기 중앙 컬럼이 사용 중일 때 HTS 테이프에 걸린 자기장에 의존하는 관련 임계 전류를 지니는 HTS 물질을 포함함 -; 및
    상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류의 차이를 감소시키거나 제거하기 위해 상기 제2 HTS 어셈블리에 비해 상기 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각시키도록 구성된 냉각 메커니즘;
    을 포함하는, 중앙 컬럼.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 HTS 테이프의 임계 전류는 HTS 테이프에 걸린 자기장의 강도에 반비례하고 그럼으로써 상기 임계 전류는 상기 자기장의 강도가 증가함에 따라 감소하게 되고, 상기 제1 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도는 상기 제2 HTS 어셈블리에 걸린 자기장의 강도보다 큰, 중앙 컬럼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 HTS 테이프들 각각은 HTS 테이프의 HTS 물질의 결정 구조에 대해 정의된 관련 평면을 지니고 각각의 HTS 테이프의 임계 전류는 HTS 테이프에 걸린 자기장과 HTS 테이프의 평면 간의 자기장 각도에 의존하며, 상기 임계 전류는 각도의 증가에 따라 감소하고, 상기 HTS 어셈블리들은 상기 자기장과 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 평면 간의 자기장 각도가 상기 자기장과 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 평면 간의 자기장 각도보다 크도록 배치되는, 중앙 컬럼.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 HTS 어셈블리들 각각에 대해, 상기 HTS 어셈블리의 HTS 테이프들의 대응하는 평면들은 서로 평행하며, 선택적으로는, 상기 제1 HTS 어셈블리 내 HTS 테이프들의 평면들은 상기 제2 HTS 어셈블리 내 HTS 테이프들의 평면들에 평행한, 중앙 컬럼.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 HTS 어셈블리와 상기 중앙 컬럼의 축 간의 거리는 상기 제2 HTS 어셈블리와 상기 중앙 컬럼의 축 간의 거리보다 크며, 상기 거리들 각각은 상기 축에 수직인 평면에서 측정되는, 중앙 컬럼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 메커니즘은 극저온 유체가 흐르게 되는 하나 이상의 채널들을 포함하는, 중앙 컬럼.
  7. 제6항에 있어서,
    냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 방향으로 연장되어 있는, 중앙 컬럼.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제1 HTS 어셈블리 간의 열 임피던스(thermal impedance)는 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제2 HTS 어셈블리 간의 열 임피던스보다 작은, 중앙 컬럼.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제1 HTS 어셈블리 간의 최단 거리는 냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널과 제2 HTS 어셈블리 간의 최단 거리보다 작고, 상기 거리들 각각은 상기 축에 수직인 평면에서 측정되는, 중앙 컬럼.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 채널 또는 각각의 냉각 채널은 제1 HTS 어셈블리 및 제2 HTS 어셈블리 양자 모두보다 상기 중앙 컬럼의 축으로부터 더 멀리 위치하게 되는, 중앙 컬럼.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 밀도는 제2 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 밀도보다 크며 그리고/또는 제1 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 대응하는 단면적들은 제2 HTS 어셈블리에 인접한 냉각 채널들의 대응하는 단면적들보다 큰, 중앙 컬럼.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 및 제2 HTS 어셈블리들은 각각 복수 개의 HTS 테이프들을 포함하며, 각각의 HTS 테이프는 HTS 테이프의 HTS 물질의 결정 구조에 대해 정의된 관련 ab-평면을 지니고, 상기 HTS 테이프들의 대응하는 ab-평면들은 상기 HTS 어셈블리들 각각 내에서 서로 평행한, 중앙 컬럼.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 컬럼은 하나 이상의 채널들을 지니는 지지 부재를 더 포함하며, 채널 또는 각각의 채널은 바람직하게는 상기 중앙 컬럼의 축에 평행한 방향으로 연장되어 있고, 제1 및 제2 HTS 어셈블리들은 상기 지지 부재의 하나 이상의 채널들 내에 제공되는, 중앙 컬럼.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지지 부재의 적어도 일부는 열전도성 물질로 만들어지며 상기 냉각 메커니즘은 상기 지지 부재의 일부의 몸체 부분과 인접한 지지 부재의 면을 통해 상기 지지 부재의 일부를 냉각하도록 구성되며, 상기 몸체 부분은 제1 및 제2 HTS 어셈블리들이 제공되어 있는 상기 지지 부재의 채널 또는 각각의 채널의 하나 이상의 벽들을 통해 제1 HTS 어셈블리 및/또는 제2 HTS 어셈블리와 접촉해 있고, 그럼으로써 상기 제1 HTS 어셈블리 및/또는 상기 제2 HTS 어셈블리가 상기 지지 부재의 일부에 의해 냉각되는, 중앙 컬럼.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은 구리, 바람직하게는 경동을 포함하는, 중앙 컬럼.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    제2 HTS 어셈블리의 적어도 일부는 제1 HTS 어셈블리의 방사상 내측에 위치하게 되며, 상기 일부는 상기 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 지지 부재의 일부의 몸체 부분과 열 접촉하고, 그럼으로써 열은 상기 제2 HTS 어셈블리의 일부로부터 상기 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 지지 부재의 일부를 통해 상기 냉각 메커니즘으로 전달되는, 중앙 컬럼.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는, 상기 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 부분의 방사상 내측에 위치하게 되고 상기 냉각 메커니즘에 의해 냉각되는 부분보다 더 높은 기계적 강도를 지니는 다른 부분을 포함하는, 중앙 컬럼.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 메커니즘은 상기 HTS 테이프들 각각을 HTS 테이프 내 HTS 물질의 임계 온도 미만으로 냉각하도록 구성되는, 중앙 컬럼.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 중앙 컬럼 및 HTS 테이프의 복수 개의 권선들을 포함하는 토로이달 자기장 코일을 포함하며, 각각의 권선이 상기 중앙 컬럼의 HTS 테이프들 중 대응하는 HTS 테이프를 포함하는, 토카막 플라즈마 챔버.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 토카막 플라즈마 챔버는,
    전류가 상기 토로이달 자기장 코일의 권선 주위로 흐르게 될 때 상기 플라즈마 챔버 내부에 토로이달 자기장을 제공하도록 구성된 복수 개의 토로이달 자기장 코일들을 포함하며, 상기 중앙 컬럼은 상기 토로이달 자기장 코일들 각각에 대한 대응하는 제1 및 제2 HTS 어셈블리를 포함하는, 토카막 플라즈마 챔버.
  21. 제20항에 기재된 토카막 플라즈마 챔버를 작동하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    복수 개의 토로이달 자기장 코일들 각각에 대해:
    상기 토로이달 자기장 코일의 권선들 주위에 전류를 흐르게 하는 단계; 및
    제2 HTS 어셈블리에 비해 제1 HTS 어셈블리를 우선적으로 냉각시키는 냉각 메커니즘을 사용하여, 상기 제2 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류에 대한 상기 제1 HTS 어셈블리의 HTS 테이프 또는 각각의 HTS 테이프의 임계 전류의 차이를 감소시키거나 제거하는 단계;
    를 포함하는, 토카막 플라즈마 챔버의 작동 방법.
KR1020247000587A 2021-06-09 2021-07-30 토카막 플라즈마 챔버의 토로이달 자기장 코일용 중앙 컬럼 KR20240018614A (ko)

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