DEE-54010 Suprajohtavuus sähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Solenoidimagneetti, B 0 H z (0,0) a N I ( ln 1) 1 1 1 a a 1 b a 1 a) Ohut ympyrärengas b) Pitkä solenoidi c) Pannukakku H z (0,0)? Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Ohut ympyrärengas Pitkä solenoidi Pannukakku Solenoidimagneetti, B 0 H z (0,0) N I a 1 N I H z (0,0) b H z (0,0) N I a 1 ln 1 3 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Racetrack / satula -käämitys - Kenttä kohtisuorassa käämin pitkää sivua vastaan. - Poikkeutusmagneetit, MHD-generaattorit, levitaatiojunien käämitykset. - Tarkka laskenta vaatii numeerisia menetelmiä (päädyt). 4 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Magnetic Levitated Train (Maglev) Superconducting magnets Japan Railway 500 km/hr 10 cm lift LTS magnets 4 magnets/cryostat cryostats/coupling 7 W at 4 K 18 km test track 5 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
CERN Large Hadron Collider (LHC) 7 km ring circumference 13 NbTi dipole magnets Each magnet 14. m long 8.36 T field (1.9 K cooling) 007 expected completion Dipole magnet 7 TEV beam paths 1 TEV = 1 flying mosquito Volume = mosquito/10 1 6 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen Photo and drawing courtesy: CERN CERN LHC ridpp-ac-uk-lhc-cern.jpg
CERN / LHC 7 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Magnetic energy density B E o Magnetic stored energy at 5T E = 10 7 Joule.m -3 at 10T E = 4x10 7 Joule.m -3 LHC dipole magnet (twin apertures) E = ½ LI L = 0.1H I = 11.5kA E = 7.8 x 10 6 Joules the magnet weights 6 tonnes so the magnetic stored energy is equivalent to the kinetic energy of:- 6 tonnes travelling at 88km/hr 8 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Poikkeutusmagneetit (synkrotronisäteily) 9 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
LTS Wiggler-magneetti, B 0 = 6.5 T 10 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Toroidi Fuusio; suljettu magneettipiiri aikaansaa soveliaan astian plasmalle. SMES; suurissa järjestelmissä tarvittava tila pienenee, kenttä vaimenee nopeammin (solenoidiin verrattuna). 11 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
500 MW:n ITER Gadarachiin vuonna 019 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Ideaalinen toroidi r- ja z-suunnissa kenttä 0 toroidin sisällä J homogeeninen -suunnassa Amperen laki H r d r H N I 0 Siis B 0 H 0 N I r 13 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Toroidi (Cont.) Mikäli toroidi koostuu useasta erillisestä käämityksestä, B :tä ei voi johtaa suoraan Amperen laista edellä esitetyllä tavalla. Jos N on yli 0, approksimaatio usein riittävän tarkka. Numeeriset menetelmät 14 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Kääminnän esijännitys Termiset jännitykset Lorentz-voimat Mekaanisia näkökohtia F J B Kehäjännitys Aksiaalinen puristusjännitys Sisäänpäin suuntautuva jännitys 15 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Lorentz-voimat ja stabiilisuus C pieni J x B suuri Langan liike Mekaaniset häiriöt Lämpäenergian vapautuminen Quench 16 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Stabiilisuus; LTS vs HTS C C HTS,77K LTS,4.K 10 4 10 5 Mitä päätelmiä voidaan tehdä edellisestä suhteesta? 17 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Mekaaniset jännitystilat Elastiset muodonmuutokset Johteen toimintaparametrien heikkeneminen Filamenttien murtuminen NbTi / Cu 500 MNm Nb 3 Sn / Cu 50 MNm 18 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Suprajohtava wiggler-magneetti Case B 0 = 6.5 T I = 300 A Magneetin päätylevyyn kohdistuu 00 tonnin paino Mekaaninen tuenta! 19 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Materiaalit 4. K:ssä Kupari, alumiini, ruostumaton teräs, messinki, epoksi Pääasiallisin ongelma haurastuminen Materiaalien erilainen terminen kutistuma; metallit 0-0.5 %, epoksit yli 1%. Suurin osa kutistumasta on tapahtunut jo 77 K:ssä. 0 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Termiset jännitykset Thelium Troom Y e 1 m dt Epoksihartsille Y 5.3 x 10 9 Nm - (300 K 4. K) 1 Y Thelium ( Troom e m) Jännitys ~ 16 MNm - dt 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen
Recap vuonhyppy ja pinningkeskukset Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen