Exam text content

 

DEE-54010 — Suprajohtavuus sähköverkossa

Tentti 5.3.2014 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

OSA 1

E
2

10.
11.

12.
158
14.
455
16.
17.
18.

19:

20.

TEORIA Vastaa lyhyesti seuraavaan 20 kysymykseen.

Miksi BCS teoria ei aukottomasti selitä suprajohtavuutta HTS -materiaaleissa?

Mitä suprajohtavien materiaalien kohdalla tarkoitetaan ns. isotooppiefektillä?

Mitä tarkoitetaan ensimmäisen ja toisen lajin suprajohteilla? Miksi ensimmäisen lajin
johtimet ovat haastavia sovellutusten näkökulmasta?

Mitä tarkoitetaan käsitteellä persistointi ja miksi tämä on vaikeasti toteutettavissa HTS —
magneeteilla?

Kuvaile MgB2 -suprajohteen valmistusta ja rakennetta. Minkä tyyppisissä sovellutuksissa
kyseiset johtimet ovat potentiaalisia?

Miksi hieman korkeamman magneettikentän energiasovellutuksissa HTS -johtimien toi-
mintalämpötila lasketaan tyypillisesti 20-30 K -asteeseen?

Mitä tarkoitetaan koherenssipituudella ja miten tämä vertautuu LTS- ja HTS -materiaali-
en kesken? -

Osoita potenssilain avulla, että HTS -magneetteja voidaan periaatteessa hetkellisesti yli-
kuormittaa.

Selitä suprajohteen ns. short-sample — mittaus.

Mitä tarkoittaa käsite training?

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

Mitä ymmärretään ns. RRR-arvolla ja mitä suure käytännössä kuvaa?

Esitä ja kommentoi heliumin faasidiagrammia.

Jos asiaa tarkastellaan pelkästään lämpökuorman näkökulmasta, kannattaako LTS -mag-
neetin virtajohdot valmistaa kuparista vai messingistä (HTS -vaihtoehtoa ei tässä huomi-
oida)? Perustele vastauksesi.

Mitä haittatekijöitä syntyy, mikäli suprajohde halutaan valmistaa kryogeenisesti stabii-
liksi?

Minkä suuruinen on nesteheliumin tapauksessa ideaalitilanteessa jäähdytyksen laatulu-
ku?

Mitä suprajohteessa tarkoitetaan ns. kierteistyspituudella?

Luettele suprajohteessa syntyvät erityyppiset vaihtovirtahäviöt.

Miksi normaalialue etenee suprajohdemagneetissa paljon nopeammin johteen suunnas-
sa kuin johdinta vastaan kohtisuorassa suunnassa?

Mitä tarkoittaa termi guench-back?

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
=0!--0-—-—- energiasoveliutuksista nestetypen lämpötilan-ympäristössä? Tee-edelleen-selkoa-HTS-
kaapelin rakenteesta.

3. Suprajohtavuuden hyödyntäminen induktiokuumennuksessa.

4. Selitä suprajohtavuutta hyödyntävän virranrajoittimen (ns. resistiivinen tyyppi) toiminta-
periaate.

HUOM!

 

Osan yksi kysymykset ovat arvoltaan yksi piste kukin. Osan kaksi kysymyksistä voi saada kusta-
kin kaksi pistettä.