Exam text content

 

Pepa — "Rokko"

DEE-54010 — Suprajohtavuus sähköverkossa

Tentti 9.3.2015 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

OSA 1
=
2

= 3.

10.

Hlö
12.

13:

— 14.
15. Mitä haittatekijöitä syntyy, mikäli suprajohde halutaan valmistaa kryogeenisesti stabii-

 

TEORIA Vastaa lyhyesti seuraavista 20:stä kysymyksestä kahdeksaantoista.

Miksi BCS -teoria ei aukottomasti selitä suprajohtavuutta HTS materiaaleissa?

Mitä tarkoitetaan käsitteillä pinning-keskus ja vuon ryömintä ja miten ne kytkeytyvät
toisiinsa?

Miksi potenssilaki toimii suprajohteiden virta-jännite -riippuvuuden mallintamisessa?
Mitä tarkoitetaan käsitteellä persistointi ja miksi tämä on vaikeasti toteutettavissa HTS —
magneeteilla?

Kuvaile Bi-2223 ja Bi-2212 suprajohtimien rakennetta ja valmistustekniikkaa. Miksi
hieman korkeamman magneettikentän energiasovellutuksissa kyseisten johtimien toi-
mintalämpötila lasketaan tyypillisesti 20-30 K -asteeseen?

Mikä on keskeisin syy sille, että nestetyppijäähdytetyt HTS-magneetit ovat huomattavas-
ti stabiilimpia kuin nesteheliumjäähdytetyt LTS-magneetit?

Mitä HTS -johtimien toiminnan näkökulmasta tarkoitetaan materiaalin anisotrooppisuu-
della?

Mitkä ovat suprajohteessa matriisimetallin kolme keskeisintä tehtävää?

Mitä suprajohteen ns. short-sample -arvolla tarkoitetaan? Miksi valmiissa magneetissa
ko. arvoa ei koskaan saavuteta?

Miksi LTS -magneetissa syntynyttä normaali-aluetta voidaan geometrisesti mallintaa
ellipsoidilla?

Mitä ns. Wiedemaan-Franzin laki tarkoittaa?

Mitä ymmärretään ns. RRR-arvolla? Mikäli suprajohteen kytkentähäviöitä halutaan mini-
moida, onko silloin pieni vai suuri RRR-arvo parempi?

Mitkä ovat pääasialliset tavat, joilla lämpöä siirtyy kryostaattia ympäröivästä huoneen-
lämpötilasta nesteheliumtilaan? /

Esitä ja kommentoi heliumin faasidiagrammia. W

liksi?

« Mitä tarkoitetaan suprajohdemagneetin guench-analyysin yhteydessä ns. suojausfunkti-

on käsitteellä?

- Mitä suprajohteessa tarkoitetaan ns. kierteistyspituudella?

- Mitä suprajohteen yhteydessä tarkoitetaan pyörrevirtahäviöillä?
19
20.

Mitä tarkoittaa termi guench-back?
Millä keinoin guench-tapahtumaa pyritään tyypillisesti detektoimaan ja miksi se on
vaikeaa?

KÄÄNNÄ!

 
OSA 2 —SOVELLUTUKSET

1. Alla on esitetty LTS-suprajohteen poikkileikkaus. Missä sovelluskohteessa kyseinen lan-
katyyppi on sovelias ja miksi?

A) Vaihtovirtakaapeli C) Tuulivoimalan generaattori
B) Hiukkaskiihdytin D) MRI-magneetti

 

2. Miksi tehonsiirtokaapelia voidaan pitää yhtenä potentiaalisimmista suprajohtavuuden

energiasovellutuksista nestetypen lämpötilan ympäristössä? Tee edelleen selkoa HTS-
kaapelin rakenteesta.

3. Suprajohtavuuden hyödyntäminen Induktiokuumennuksessa.

Bonuskysymys:

4. SMES-solenoidimagneetin sisäsäde on 20 cm, ulkosäde 25 cm ja korkeus 10 cm. Käämin
induktanssi L = 5 H. Magneetti siirtyy normaalitilaan virran arvolla / = 300 A, jolloin
käämin virta vaimenee nollaan kahdessa sekunnissa. Kuinka korkeaksi käämin lämpötila
nousee, kun energia oletetaan tasan jakautuneeksi koko käämiin ja syntynyt lämmityste-
ho Pay voidaan approksimoida Pav = W/At, missä W on magneetin energia guenchin alka-
essa ja At virran vaimenemisaika. Käämityksen ominaislämpö C = 1000 kJ/m3K.

= SI.
a

Osan yksi kysymykset ovat arvoltaan yksi piste kukin. Osan kaksi kysymyksistä (1-3) voi saada
kustakin kaksi pistettä. Bonuskysymys on vapaaehtoinen, josta voi saada kolme lisäpistettä.

HUOM!