Faraday Factory: сверхпроводники из Японии для термоядерного будущего

Японская компания Faraday Factory Japan вносит существенный вклад в ускорение глобального перехода к «зеленой» энергетике, производя высококачественные высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) ленты для технологий с нулевым выбросом углерода. На фоне активизации усилий по декарбонизации и интенсификации исследований в области ядерной энергетики, спрос на надежные и эффективные материалы для этих секторов непрерывно растет.

Отвечая на этот вызов, Faraday Factory Japan сосредоточена на исследованиях, разработке и поставках ВТСП-лент второго поколения. Генеральный директор компании, Сергей Ли, рассказывает, что Faraday Factory Japan была основана в 2011 году как стартап, ориентированный на производство таких проводов. Ключевые фигуры в совете директоров также являются акционерами, и многие из них сотрудничают десятилетиями, начав свой академический путь во времена открытия высокотемпературной сверхпроводимости и получив опыт в ведущих мировых научных центрах. Становлению компании способствовал ведущий инвестор Андрей Вавилов. За прошедшие годы Faraday Factory Japan выросла в мирового лидера отрасли, круглосуточно обеспечивая растущие потребности рынка и превосходя конкурентов по объемам производства и спецификациям продукции.

Решение о размещении компании в Японии было принято 11 марта 2011 года, буквально за несколько часов до разрушительного землетрясения и цунами, приведших к аварии на АЭС Фукусима. Сергей Ли видит в этом совпадении нечто большее, чем случайность, своего рода предназначение способствовать развитию чистой энергетики.

Разработка ВТСП-лент второго поколения, по словам главы компании, велась на протяжении трех десятилетий и представляет собой одну из сложнейших задач в материаловедении. Эти ленты – длинные, достигающие сотен метров, тонкие, всего несколько десятых микрона, и содержат хрупкие керамические пленки. Структурно они состоят из гибкой металлической подложки, чаще всего из никелевых сплавов типа Hastelloy, на которую наносятся многочисленные оксидные буферные слои нанометровой толщины. Эти слои обеспечивают необходимую кристаллографическую текстуру для последующего роста сверхпроводящего слоя. Сам сверхпроводящий слой, толщиной в несколько микрон, состоит из множества идеально выровненных анизотропных зерен, что критично для эффективного протекания сверхтока силой в несколько миллионов ампер на квадратный сантиметр. Любые примеси на границах зерен могут значительно снизить производительность. При этом, для сохранения характеристик в сильных магнитных полях необходима высокая плотность наноразмерных дефектов, которые служат центрами пиннинга, удерживая сверхпроводящие вихри.

Для изготовления этих многослойных структур применяются различные методы нанесения тонких пленок в непрерывном режиме «рулон-к-рулону». Сергей Ли подчеркивает абсолютную важность стабильности и точности этих процессов, так как любой дефект на одном этапе неминуемо проявится в конечном продукте, и исправить его невозможно. В Faraday Factory Japan разработаны и внедрены собственные ключевые технологии: высокоскоростное ионно-лучевое осаждение (IBAD) для текстурированных буферных слоев на основе оксида магния и импульсное лазерное осаждение (PLD) для сверхпроводящих слоев. Производственное оборудование создано по индивидуальному заказу в сотрудничестве со специализированными производителями. Творческий подход, 35-летний опыт команды и постоянная обратная связь с производителями оборудования позволили создать новые поколения производственных установок. Круглосуточная работа обеспечила массовый выпуск тысяч километров сверхпроводящих лент, дав компании уникальный опыт и статистику производства, не имеющие аналогов в мире.

Среди ключевых достижений Faraday Factory Japan Сергей Ли выделяет создание крупнейшего в мире круглосуточного производства ВТСП-проводов второго поколения. Компания предлагает продукцию, адаптированную под широкий спектр применений, температур (от 4 до 77 Кельвинов) и магнитных полей (до 40 Тесла). Важно, что на протяжении последних семи лет Faraday Factory Japan остается единственной компанией в своей сфере, стабильно демонстрирующей годовую чистую прибыль при росте объемов производства. Успеху способствует многонациональная команда, объединяющая специалистов из более чем 20 стран, и корпоративная культура, поощряющая непрерывное обучение и инновации. Наряду с коммерческой деятельностью, компания активно участвует в национальных научно-исследовательских программах, поддерживаемых такими организациями, как NEDO и JST.

В области коммерциализации термоядерного синтеза сверхпроводящие магниты играют ключевую роль для удержания высокотемпературной плазмы. Как поясняет Сергей Ли, разработка новых компактных термоядерных реакторов во многом зависит от магнитов на основе ВТСП второго поколения, способных создавать поля свыше 20 Тесла при температурах значительно выше точки кипения жидкого гелия, например, при 20К. Faraday Factory Japan признана мировым лидером по поставкам таких проводов для компактных термоядерных установок. К апрелю 2025 года компания поставила свыше 7000 км ВТСП-лент для различных термоядерных проектов, включая токамаки, стеллараторы, левитирующие диполи и магнитные зеркала. Качество продукции подтверждено успешной интеграцией в прототипы реакторов; в частности, сверхпроводники Faraday Factory сыграли важную роль в достижении первой плазмы в прототипе термоядерного реактора с левитирующим диполем.

В планах компании – дальнейшее масштабирование производства. В апреле 2024 года Faraday Factory Japan открыла новый трехэтажный завод в городе Дзама (префектура Канагава), что позволит удовлетворить растущий спрос на высокопроизводительные сверхпроводящие материалы. По прогнозам Сергея Ли, в ближайшее десятилетие спрос со стороны термоядерных компаний будет доминировать на рынке ВТСП-лент второго поколения. Одновременно компания продвигает свою продукцию и в другие сектора. Кабельная промышленность проявляет интерес к сверхпроводящим проводам как к решению проблемы ожидаемого дефицита меди. Перспективным рынком является и высокоскоростной транспорт: поезда на магнитной левитации MagLev и электрические самолеты переходят от концепций к практической реализации, и ВТСП-технологии сыграют здесь ключевую роль. Цель Faraday Factory Japan – сделать ВТСП-материалы второго поколения доступными, открывая путь к реализации прорывных проектов. Сергей Ли убежден, что высокотемпературные сверхпроводящие провода – это технология будущего, не имеющая реальных альтернатив для дальнейшего развития человечества.