L’objectif du projet PEPR SupraFusion est de concevoir une bobine supraconductrice de champ toroïdal pour la fusion nucléaire compacte, avec un champ magnétique visé de plus de 20T. Un système de refroidissement cryogénique correctement dimensionné est nécessaire au bon maintien en condition opérationnelle du système supraconducteur. Ce dimensionnement repose sur une estimation correcte de l’échauffement du conducteur dû aux pertes en régime alternatif (AC). L’aimant complet présente des éléments d’échelles caractéristiques très différentes, allant du micromètre au mètre. Une modélisation directe serait insatisfaisante en raison d’un temps de calcul extrêmement important. Il est donc nécessaire de développer des modèles réduisant ce temps, tout en conservant une évaluation suffisamment précise des pertes dans le conducteur.
Ce séminaire présente un condensé du travail réalisé au cours de mes 5 mois de stage (M2). Après avoir introduit différentes formulations des équations de Maxwell, ainsi que des hypothèses simplificatrices, l’exposé précisera l’implémentation des formulations H-Phi, T-A et T-A-Phi sous COMSOL Multiphysics (2D et/ou 3D) d’un conducteur rectiligne infini et d’un tour de bobinage (racetrack simple). Des données de référence, du HTS MODELLING WORKGROUP et du Dr Antomne Caunes, permettent la validation des modèles étudiés, notamment par comparaison des pertes AC par hystérésis dans le supraconducteur. Dans l’optique d’inclure les pertes par courants induits et par redistribution entre les rubans supraconducteurs, les limites du modèle développé seront abordées.
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The goal of the PEPR SupraFusion project is to design a toroidal superconducting coil for compact nuclear fusion, with a target magnetic field of over 20T. A properly sized cryogenic cooling system is necessary to maintain the superconducting system in operational condition. This sizing relies on an accurate estimate of the conductor heating due to AC losses. The complete magnet has characteristic elements with very different scales, ranging from micrometers to meters. Direct modeling would be unsatisfactory due to extremely long computation times. It is therefore necessary to develop models that reduce this time while maintaining a sufficiently accurate assessment of the conductor losses.
This seminar presents a summary of the work carried out during my 5-month Master’s internship. After introducing various formulations of Maxwell’s equations, as well as simplifying assumptions, the presentation will detail the implementation of the H-Phi, T-A, and T-A-Phi formulations in COMSOL Multiphysics (2D and/or 3D) for an infinitely long straight conductor and a single winding (simple racetrack). Reference data from the HTS MODELLING WORKGROUP and Dr. Antomne Caunes allow for the validation of the models studied, notably through comparison of AC hysteresis losses in the superconductor. With the aim of including losses due to induced currents and redistribution between superconducting tapes, the limitations of the developed model will be discussed.
LEAS