O projeto chinês "Sol Artificial" alcançou novos progressos no desenvolvimento de ímãs supercondutores para reatores de fusão nuclear. Em 27 de junho, o maior componente supercondutor da Instalação Abrangente de Pesquisa para Sistemas Chave de Reatores de Fusão (CRAFT), um importante projeto de infraestrutura científica e tecnológica nacional — o ímã de campo toroidal — concluiu seu processo final de fabricação e passou pela aceitação de especialistas; simultaneamente, o ímã de bobina solenoidal central supercondutor de alta temperatura concluiu testes de parâmetros em condições operacionais completas, com desempenho central atingindo níveis líderes internacionais. Os dois conjuntos principais de ímãs concluíram marcos críticos consecutivamente, fornecendo uma base de engenharia supercondutora mais completa para a construção futura de reatores de fusão nuclear na China.

O ímã de campo toroidal é um dos componentes centrais do sistema principal do reator de fusão, responsável por gerar o campo magnético toroidal e confinar o plasma. As reações de fusão nuclear precisam ocorrer em plasma a centenas de milhões de graus Celsius; materiais comuns não podem entrar em contato direto com esse estado extremo, sendo necessário depender de campos magnéticos fortes para confinar o plasma dentro da câmara de vácuo, reduzindo o impacto de partículas de alta energia nas paredes do dispositivo e a perda de energia. O desempenho do ímã de campo toroidal está diretamente relacionado à intensidade do campo magnético, à capacidade de operação estável e à escalabilidade de engenharia do dispositivo de fusão.

O ímã supercondutor de campo toroidal aprovado nesta ocasião mede 21 metros de comprimento, 12 metros de largura e 3,3 metros de altura, com um peso total de 582 toneladas, sendo atualmente o maior ímã supercondutor para reatores de fusão do mundo em termos de dimensões. O volume deste ímã é 1,3 vezes o do ímã de campo toroidal do Reator Experimental Termonuclear Internacional (ITER), e seu armazenamento de energia é três vezes maior. A combinação de grande tamanho, alto armazenamento de energia e forte capacidade de confinamento impõe requisitos extremamente elevados para materiais condutores, sistemas de isolamento, suporte estrutural, ambiente criogênico, processos de enrolamento e precisão de montagem geral.

O desenvolvimento, projeto, fabricação, teste e aceitação deste ímã de campo toroidal levaram seis anos. Todas as etapas principais de toda a cadeia do conjunto de ímãs alcançaram controle autônomo nacional, com 100% das tecnologias centrais sendo nacionalizadas. Durante o projeto, foram solicitadas e concedidas 47 patentes e estabelecidos 14 padrões. Para a engenharia de fusão nuclear, isso significa que a China formou uma capacidade autônoma relativamente completa em materiais, fabricação, processos, testes e integração de sistemas para ímãs supercondutores de grandes reatores de fusão, não mais apenas uma verificação de tecnologia individual, mas entrando na fase de entrega de engenharia de grandes componentes.

Outro avanço crucial foi a conclusão dos testes de parâmetros em condições operacionais completas para o ímã de bobina solenoidal central supercondutor de alta temperatura. A função da bobina solenoidal central é induzir e acionar a corrente do plasma, enquanto ajusta dinamicamente a morfologia de confinamento do plasma. Ela atua como o "núcleo de inicialização e regulação" do dispositivo de fusão, precisando manter uma operação estável sob condições de campo magnético forte, corrente elevada e ambiente eletromagnético complexo. Os resultados dos testes mostram que a bobina transporta uma corrente estável de 60 quiloampères, armazena 6,03 megajoules de energia, atinge uma taxa máxima de variação do campo magnético de 5,1 Tesla por segundo, e uma resistência de junção de 0,87 nano-ohms, com indicadores-chave e desempenho central atingindo níveis líderes internacionais.

O ímã de bobina solenoidal central alcançou nacionalização completa, desde materiais supercondutores e projeto estrutural até processos de fabricação integrados. A equipe do projeto adotou uma estrutura de suporte robusta com distribuição de tensão e um esquema de projeto de ímã híbrido de alta e baixa temperatura, concentrando-se em desafios como o projeto de ímãs de alta estabilidade para reatores de fusão e o desenvolvimento de condutores supercondutores de alta temperatura e alta corrente, resolvendo problemas de engenharia como resistência estrutural, estabilidade do condutor, operação criogênica e conexões de alta corrente sob condições operacionais extremas. Após a conclusão dos testes de parâmetros completos, este ímã possui a base tecnológica chave necessária para suportar os requisitos operacionais de futuros dispositivos.

Os ímãs supercondutores são um sistema crítico na construção de engenharia de reatores de fusão nuclear. Um reator de fusão não só precisa alcançar a ignição e manutenção do plasma, mas também operar de forma estável por longos períodos, trabalhando em coordenação com a câmara de vácuo, sistema criogênico, sistema de energia, desviador, manto e sistema de controle. Se o sistema de ímãs não puder atender aos requisitos de tamanho, corrente, armazenamento de energia, estabilidade e vida útil, a ampliação subsequente do dispositivo será limitada. Os avanços nos dois conjuntos principais de ímãs do CRAFT indicam que a China está preenchendo a lacuna de capacidade de engenharia na transição de dispositivos experimentais para a verificação de sistemas-chave de reatores de fusão.

A fusão nuclear é vista como uma direção importante para a energia limpa futura, mas sua dificuldade não reside apenas na física do plasma, mas também na fabricação de grandes equipamentos complexos. Os ímãs supercondutores precisam suportar forças eletromagnéticas enormes em ambientes de temperatura extremamente baixa, além de operar de forma integrada com vácuo, blindagem térmica, sistemas criogênicos, de alimentação e controle. O significado central da aceitação do ímã de campo toroidal e da conclusão dos testes de parâmetros completos da bobina solenoidal central supercondutora de alta temperatura é o avanço de componentes-chave de projetos e protótipos locais para entidades de engenharia em grande escala, condições operacionais completas e passíveis de aceitação.

Após este novo avanço no desenvolvimento de ímãs supercondutores para reatores de fusão nuclear na China, o foco subsequente se voltará para a integração de sistemas, comissionamento conjunto de dispositivos, verificação operacional de longo prazo e capacidade de replicação de engenharia. As duas conquistas fornecem suporte tecnológico para a construção de reatores de fusão em termos de ímãs de campo de confinamento toroidal de grande escala e ímãs de acionamento de corrente central, e também aprimorarão a capacidade de pesquisa e desenvolvimento independente e construção de engenharia da China em equipamentos de energia de fusão, materiais supercondutores, condutores de alta corrente, engenharia criogênica e fabricação de ponta.