Topic description
Les aimants supraconducteurs pour la fusion nécessitent des conducteurs capables de transporter des courants très élevés sous fort champ magnétique, avec des pertes limitées, une bonne stabilité et une tenue mécanique compatible avec les contraintes d'exploitation. Les rubans REBCO constituent aujourd'hui une voie majeure pour les aimants à haut champ, mais leur assemblage en conducteurs multi-rubans de plusieurs kA à plusieurs dizaines de kA reste un problème scientifique et technologique ouvert.
Différentes architectures sont étudiées au niveau international : stacks droits ou torsadés, conducteurs CORC/HFRC, Roebel, CroCo, SECAS, TSTC, VIPER ou concepts hybrides. Ces solutions diffèrent par la disposition des rubans, le niveau de transposition, les contacts électriques, la compacité, les pertes AC, la sensibilité au champ propre, la redistribution de courant et les contraintes de fabrication.
Le sujet s'appuiera sur l'expérience du GREEN en modélisation des systèmes supraconducteurs : pertes AC, lois de comportement non linéaires E − J, effets du champ propre, formulations éléments finis et couplages électromagnétiques, thermiques ou mécaniques appliqués aux dispositifs HTS. Il s'inscrit dans le cadre du PEPR SupraFusion, avec une collaboration scientifique envisagée avec le CEA, notamment autour des architectures de conducteurs REBCO haut courant pour la fusion. Des campagnes de mesures pourront être menées ou exploitées au CEA Cadarache sur des prototypes de conducteurs ou de sous-câbles, selon la disponibilité des échantillons et des moyens expérimentaux.
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Superconducting magnets for fusion require conductors able to carry very high currents under high magnetic field, with limited losses, good stability and mechanical robustness compatible with operating constraints. REBCO tapes are now a major route towards high-field magnets, but their assembly into multi-tape conductors carrying several kA to several tens of kA remains an open scientific and technological challenge.
Several architectures are currently investigated worldwide : straight or twisted stacks, CORC/HFRC conductors, Roebel, CroCo, SECAS, TSTC, VIPER or hybrid concepts. These solutions differ in tape arrangement, transposition level, electrical contacts, compactness, AC losses, self-field effects, current redistribution and manufacturing constraints.
The PhD project will build on the experience of GREEN in the modelling of superconducting systems : AC losses, nonlinear E − J laws, self-field effects, finite-element formulations and electromagnetic, thermal or mechanical couplings applied to HTS devices. It will be carried out in the framework of PEPR SupraFusion, with a scientific collaboration envisaged with CEA, in particular on high-current REBCO conductor architectures for fusion. Measurement campaigns may be carried out or exploited at CEA Cadarache on conductor or sub-cable prototypes, depending on sample availability and experimental
facilities.
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Début de la thèse : 01/10/
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