Exam text content

DEE-54011 Suprajohtavuus

Tentti 27.2.2020 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1. Alla on kolme kuvaa, jotka liittyvät opintojakson aihepiirin. Selitä kuvien informaatio.

vytseä aireulation of Indiviey,
avi

   

Nogutivo Magnetisntion, -M

[N

o)

2. Mainitse viisi tekijää, jotka ovat sovellutusten mielessä haasteellisia vertailtaessa kau-
pallisia HTS-ja LTS-materiaaleja toisiinsa.

Miksi HTS-materiaaleista on sangen vaikeaa konstruoida MRI-magneetti?

Miksi HTS-kaapelisovellus on muihin energiasovelluksiin nähden otollinen, kun halu-
taan toimia 77 K:n toimintalämpötilassa?

KÄÄNNÄ!
3.
A)

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 (7 = 300 K) säteilysuojaan kuin säteily-
lämpökuorma säteilysuojasta nesteheliumiin? Oletetaan kaikkien pintojen pinta-alat
ja emissiviteetit yhtäsuuriksi. Edelleen supereristekalvoja ei käytetä.

Selitä suprajohtavan sähkömagneettisen energiavaraston (SMES) rakenne ja toiminta-
periaate. Vertaile solenoidi- ja toroidigeometrian omaavia SMES-magneetteja toisiin-
sa. 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 Pay voidaan approksimoida Pay = W/At, missä W on magneetin energia
guenchin alkaessa ja At virran vaimenemisaika. Käämityksen ominaislämpö C = 1000
kJ/m3K.

Ovatko seuraavat väittämät totta vai epätotta? Oikea vastaus tuottaa pisteen, väärä
vastaus aiheuttaa pistemenetyksen. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pistettä.

a) Ns. vuon ryömintä on haitallisempi ilmiö LTS-materiaalille kuin HTS-materiaalille.

b) Wiedemann-Franzin lain mukaan materiaalin resistiivisyyden ja lämmönjohtavuu-
den tulo on suoraan verrannollinen lämpötilaan.

c) Lyhenne MLI tarkoittaa ns. Meissner-ilmiöön kytkeytyvää Londonin tunkeutumis-
syvyyttä, joka määrittää, miten magneettikenttä vaimenee suprajohdemateriaa-
lissa.

d) Ns. Steklin parametrin avulla mallinnetaan suprajohteen kryogeenista stabiilisuut-
ta.

e) NbTi-materiaalin terminen diffusiviteetti on kertaluokkia suurempi kuin materiaa-
lin magneettinen diffusiviteetti.

f) Ns. guench-back on suprajohdemagneetin yksi suojausmenetelmä.