DEE-54011 Suprajohtavuus Mageeti suojaus ja quech 1 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Quechig The most likely cause of death for a supercoductig maget. Pla The quech process Curret decay time ad temperature rise Propagatio of the resistive zoe Resistace growth Quech protectio schemes 2 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
The quech process Resistive regio starts somewhere i the widig at a poit (problem). It grows by thermal coductio. Stored eergy of the maget is dissipated as heat. Highest itegrated heat dissipatio is at a poit where the quech starts. 3 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
The quech process (Cot) Iteral voltages are much higher tha termial voltage ( = V cs curret supply). Maximum temperature may be calculated from the curret decay time (adiabatic assumptio). 4 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Persistet Mode Operatio of a supercoductig maget where the geerated magetic field remais virtually costat with time. Usually achieved by meas of a supercoductig switch which shuts the maget, allowig it to become isolated. 5 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Persistet Mode (Cot.) missä aikavakio I I 0 0 I I L L R sw L di L dt dil dt L L L R sw I L( t) I0 1 exp t L 6 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Persistet Mode (Cot.) Ku I L I 0, kytki 2 suljetaa di L dt 0 Mageetti o s. kestovirtatilassa (persistoitu). Virra syöttö voidaa katkaista. Lämpövuodot pieetyvät. 7 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Esimerkki persistoidusta mageetista MRI Case: Miksi MRI mageetit o vaikea toteuttaa HTS materiaaleista? 8 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Suojausfuktio (adiabaattie mageetti) Lämpötasapaioyhtälö dt C( T) dt Itegroidaa ( T ) J 2 ( t ) T max T op C( T ) ( T ) dt t 0 J 2 ( t) dt U ( T max ) Suojausfuktio 9 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Esimerkki suojausfuktiosta GSI 001 dipole widig is 50% copper, 22% NbTi, 16% Kapto ad 3% stailess steel Hot-spot temperature Highest temperature reached i a quechig maget hot-spot temperatures below 150 K are cosidered safe. 10 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Esimerkki Tarkastellaa oheista mageettipiiriä. Mikäli ormaalialuee resistassi r(t) << R D, määritä virta I(t). Käämi o tehty NbTi/Cu teipistä. Jolle Cu:NbTi = 4. Teipi leveys o 10 mm ja paksuus 3 mm. Puolet teipi perimetristä o kosketuksessa esteheliumii ja lämpövirra tiheys johtee pialla q = 0.36 W/cm 2. Määritä virta I op, mikä toteuttaa Stekly kriteeri. Mikä o tällöi jäite V D, mikäli käämi eergia W m o 10 MJ. Maksimilämpötila o 100 K ja kupari RRR-arvo o 50. Mikä o jäite, jos käämi eergia olisi 10-kertaie? 11 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Quechi haittavaikutukset 12 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Normal Zoe Propagatio (NZP) C C s T t T t s x x s T x T x s 13 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe 2 J Koordiaatistomuuos z x V t l
NZP (Cot.) z T z t T C J z T z t T C s s s s 2 Koska z T V t z z T t T l 0 0 2 dz dt C V dz dt dz d J dz dt V C dz dt dz d s l s s s l 14 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
NZP (Cot.) Muutosalueella ja C ~ vakioita Rajapialla z = 0 lämpötilajakautuma lieaarie d 2 T 2 dz 0 V l J C m cd T t m m T 0 15 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Normaalialuee eteemisopeus Koska ormaalialuee geometria ellipsoidi v v v Eteemisopeuksie suhde V V LTS: ~ 0.1 0.01 t l t l 16 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Quech LTS vs HTS E "Critical State Model" E "Power Law Model" LTS J HTS J Edellä kuvattu aalyysi???? 17 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Quech LTS vs HTS 18 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Case Hahmota ratkaisufilosofia a) LTS b) HTS mageeti quech-tapahtumalle 19 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Mageeti suojaus 20 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Exteral Dump Resistor detect the quech electroically ope a exteral circuit breaker force the curret to decay with a time costat t Note: circuit breaker must be able to ope at full curret agaist a voltage V I I o e L = I.R p (expesive) R p where 21 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Coupled secodary 22 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe arrage for the widig to be closely coupled to a short circuited secodary typically the secodary will be the former o which the coil is woud. the short circuited secodary reduces the effective iductace of the primary - hece decay time is reduced i additio, the secodary should be i thermal cotact with the widig so that it queches other regios
Quech-back this queches other regios of the maget, effectively forcig the ormal zoe to grow more rapidly higher resistace shorter decay time lower temperature rise at the hot spot 23 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Subdivisio I resistor chai across maget - cold i cryostat curret from rest of maget ca by-pass the resistive sectio effective iductace of the queched sectio is reduced reduced decay time reduced temperature rise curret i rest of maget icreased by mutual iductace effects quech iitiatio i other regios 24 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
I t Quech detectio V iteral voltage after quech V IR di L dt Q V cs ot much happes i the early stages - small di /dt small V but importat to act soo if we are to reduce T Q sigificatly so must detect small voltage 25 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe supercoductig magets have large iductace large voltages durig chargig detector must reject V = LdI /dt ad pick up V = IR detector must also withstad high voltage - as must the isulatio
Yhteeveto LTS @ 4.2 K HTS @ 77 K 26 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Suprajohtavuus sähköverkossa 27 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe
Suprajohtavuude potetiaali 28 DEE-54011 Suprajohtavuus Risto Mikkoe