Exam text content

DEE-54010 — Suprajohtavuus sähköverkossa

Tentti 29.4.2014 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:

a) Toisen lajin suprajohteen sekatila.
b) Epäpuhtauksien vaikutus suprajohtavuuteen.
c) Cooperin parien muodostuminen.

2. Osoita suprajohteille ominaisen potenssilain avulla, että LTS-materiaalissa ei juurikaan
tapahdu tehohäviöitä alikriittisillä virroilla, mutta HTS-materiaalissa ko. häviöt on
otettava huomioon. Olet tehnyt ekvivalenttiset SMES-solenoidit NbTi/Cu ja Bi-2223/Ag
suprajohteista. Missä kohtaa solenoideja sijaitsee todennäköisin kohta normaalialueen
syntymiselle ja miksi?

3. Nesteheliumiin siirtyy lämpöä johtumalla teräksestä valmistettua sylinterimäistä
tukirakennetta pitkin (muita lämmönsiirron mekanismeja ei tässä oteta huomioon), jota
ei jäähdytetä höyrystyvällä heliumkaasulla. Umpinaisen sylinterin poikkipinta-ala on 20
mm? ja pituus 200 mm. Mikäli tukiputken puoleenväliin liitetään kryojäähdytin on
ankkurointipisteessä putken lämpötila 70 K. Kuinka paljon edullisemmaksi käyttökustan-
nuksiltaan ratkaisu on verrattuna tilanteeseen, jossa kryojäähdytintä ei käytetä. Teräk-
sen lämmönjohtavuuden integraali lämpötilavälillä 300 K — 4.2 K on 3100 W/m ja välillä
70 K—-4.2 K 200 W/m. Nesteheliumin höyrystymislämpö on 20.4 J/g ja tiheys 125 kg/m?.
Kryojäähdyttimen vaatima teho huoneen lämpötilassa on 10 kW, sähkön hinta €
0.1/kWh ja nesteheliumin hinta €10/litra.

4. Useimmat suprajohtavuuden energiasovellutuksista ovat vaihtovirtasovellutuksia.
Minkä tyyppisiä AC-häviöitä suprajohtimessa voi syntyä ja miten näitä häviöitä pyritään
pienentämään?

  
  

S [ -
1 kui ui E-

fi vk, 5 =

 

KÄÄNNÄ

 
 

5. Suprajohdemagneetti on käämitty halkaisijaltaan 1 mm:n NbTi/Cu langasta, jolle
Cu:NbTi suhde on 1. Hahmota langan ns. short-sample käyrä sekä magneetin kuormi-
tussuora. Selvitä kuvaa käyttäen, mitä ymmärretään ns. training-ilmiöllä. Hahmota
tilanne 4.2 K:n ja 1.8 K:n lämpötiloissa. Miksi training on vähäisempää solenoidilla kuin
ns. race-track tyyppisellä käämityksellä? Kyseisestä langasta tulisi edelleen valmistaa
energiavarastomagneetti. Vertaile solenoidi- ja toroidityyppisen käämitysten etuja ja

haittoja. tai ved 2-3 Gh meden 1090 > kallis
solemod, pie (UUS n lec
6. Selitä lyhyesti seuraavat käsitteet
a) Wiedemann-Franzin laki d) SOUID
b) koherenssipituus e) guench-back

c) lambda-linja f) PIT-menetelmä