Exam text content

DEE-54011 Suprajohtavuus

Tentti 26.2.2018 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1.

A)

8)

Nykyään vallalla olevaa suprajohtavuusilmiön teoriaa kutsutaan kehittäjiensä mukai-
sesti BSC-teoriaksi (John Bardeen, Leon Cooper, John Schrieffer). Kuvaile mahdollisim-
man selkeästi kyseisen teorian pääperiaatteet. Miksi teoria ei kuitenkaan aukottomas-
ti selitä suprajohtavuutta korkean lämpötilan suprajohteille (HTS)?

Mainitse ja selitä tekniseltä ja taloudelliselta näkökulmalta kaupallisten HTS -materi-
aalien viisi keskeistä ongelmaa.

Tee selkoa nesteheliumin kiehumiskäyrästä. Todenna tämän perusteella, miksi
matriisimetallin käyttäminen suprajohteessa on välttämätöntä.

Mitä ymmärretään jäähdytyksen laatuluvulla? Määritä kyseinen termi heliumin,
vedyn ja typen tapauksessa. Mitä kyseinen suure käytännössä kertoo?
Nesteheliumkryostaatin säteilysuojan lämpötila on 77 K. Kuinka moninkertainen on
säteilylämpökuorma kryostaatin ulkoastiasta (T = 300 K) säteilysuojaan kuin säteily-
lämpökuorma säteilysuojasta nesteheliumiin? Oletetaan kaikkien pintojen pinta-alat
ja emissiviteetit yhtäsuuriksi. Edelleen supereristekalvoja ei käytetä.

Useimmat suprajohtavuuden energiasovellutuksista ovat vaihtovirtasovellutuksia.
Minkä tyyppisiä ac-häviöitä suprajohtimessa voi syntyä ja miten näitä häviöitä
pyritään pienentämään? Miksi mekaanisesti jäähdytetty magneetti on ongelmallinen
ac -sovellutuksissa?

Selitä suprajohtavan sähkömagneettisen energiavaraston (SMES) rakenne ja toiminta-
periaate. 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 lämmitysteho Pav voidaan approksimoida Pav = W/At, missä W on magneetin
energia guenchin alkaessa ja At virran vaimenemisaika. Käämityksen ominaislämpö C
= 1000 kJ/m3K.

KÄÄNNÄ!
6. Selitä lyhyesti seuraavat termit:

a)
b)
c)
d)
e)
f)

Wiedeman-Franzin laki
koherenssipituus
lambda-linja

SOUID

training

guench-back