DEE-54011 Suprajohtavuus Stabiilisuus 1 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Perspetive Doesti fuse burns around 10 A/ Superondutor an arry losslessly 1000 A/ at 4. K. What would happen if superonduting state is lost? How easily is it lost? 1 al equals to the energy required to raise teperature of 1 g of water by 1 K around roo teperature (roughly 4. ). Is this nothing? At 4. K sae energy rises teperature of 4 kg of NbTi superondutor by K. In a typial appliation that is onsiderably over the axiun tolerated disturbane. DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Perspetive (Cont.) When onsidering disturbanes of we talk about or even. 3 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Kryogeeninen stabiilisuus Läpövuon tiheys johtien pinnalla d q n 4 Mikäli johdin olisi pelkkää NbTi:a Konvektio h LHe d n 3 10 10 1 3 7 A/ q 300W / 4 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Kiehuiskäyrä Nesteheliujäähdytys Maksii läpövirrantiheys kuplakiehuisen alueella; q 0 = -5 W/ Matriisietalli välttäätön! 5 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Kryogeeninen stabiilisuus (Cont.) Matriisietalli: Cu, Al, Ag Merkitään A A s q 0 4 d Stabiili toiinta Cu d 1.5 10 10 3 10 A/ 4q 0 d 11! q 0 W / 6 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Kryogeeninen stabiilisuus Vaatii huoattavaa atriisietallin äärää Moninkertaistaa jäähdytettävän assan Pienentää kääin kokonaisvirrantiheyttä ainakin tekijällä Lisää kääityksen hintaa Mitätöi suprajohtavuuden etuja 7 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Steklyn kriteeri LHe g q g A I W g 8 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen g f P h T T q p d 0 W
Steklyn kriteeri (Cont.) Stabiili toiinta Siis g g q 0 T T h P f A I d p 1 0 T T h A P f I d p Steklyn paraetri d p T T h A P f I 0 9 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Harjoitus Vertaile LTS ja HTS agneetteja kryostabiilisuuden näkökulasta. 10 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Virranjakautuisläpötila Current sharing teperature T s Virta kulkee osin suprajohteessa, osin atriisietallissa 11 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Stabiilisuus Stabiilisuus Säiestabilointi Kryogeeninen stabilointi Adiabaattinen stabiilisuus Dynaainen stabiilisuus Steklyn kriteeri 1 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Säiestabilointi Adiabaattinen stabilointi perustuu havaintoon, että suprajohtavan säikeen ollessa riittävän ohut, yksittäisen vuonhypyn vapauttaa energia ei aikaansaa ketjureaktion kaltaista vyöryä vuontiheyden paikallisessa jakauassa. Dynaainen stabilointi perustuu siihen, että suprajohteen yhteydessä hyvin sähköä johtava ateriaali hidastaa vuonhyppyihin liittyviä agneettivuon tiheyden äkkinäisiä uutoksia, jolloin läpö siirtyy pois syntykohdastaan vuonuutosta nopeain. 13 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Terinen ja agneettinen diffusiviteetti D th Teri kuvaa, kuinka nopeasti läpötila tasoittuu tietyssä ateriaalissa D Teri kuvaa, kuinka nopeasti agneettikenttä tunkeutuu ateriaaliin Stabiili toiinta: D th > D C 0 Cu : D NbTi : th D ~ 0.3 th ~ 10 / s, 5 D ~ 3 10 / s, D 4 ~ 0.5 / s / s 14 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Suprajohteen AC-häviöt Hystereesihäviöt, Q h Kytkentähäviöt, Q Pyörrevirtahäviöt, Q e Goal of the agnet / ondutor designer: T T( Q Q Qe) 0 h T s 15 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
Suprajohteen AC-häviöt Hystereesihäviöt. Vuoputkien liike suprajohteessa aiheuttaa häviöitä, jotka näkyvät hystereesinä johtien agnetoituisessa. Häviöt verrannollisia hystereesisilukan alaan, Kytkentähäviöt twistaus Q h B ax t f l p Pyörrevirtahäviöt. Lataus- ja purkausvaiheessa atriisietallissa syntyvät häviöt B f Q h ax 16 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen e e
Potenssilain tulkinta Heat generation Q( T ) ( T ) s SC filaents ( T ) E n 1 ( T ) n Q( T ) E Thus E n n n 1 1 Typially: E = 1... 0.1 V/ / ~ 0.5... 0.75 LTS: n ~ 30... 50 Q(T) 0 HTS: n ~ 10 Q(T) 0!! DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
18 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen
19 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkonen