Exam text content

EE.REE.400 Suprajohtavuus
Tentti 9.5.2023

Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu

1. Oheinen taulukko listaa yleisimmät suprajohdemateriaalit ja niiden ominaisuudet:
kriittinen lämpötila Tc, kriittinen magneettivuontiheys Bc, operointilämpötila Top,
suprajohdemateriaalin kriittinen virrantiheys Jc, johtimen poikkipinnan tyypillinen

geometria ja johtimen kriittinen virta (c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Materiaali | Tc Be Top | Je(B=OT) johtimen I (8=0T)
() | (1) | (K) | (A/mm?) geometria (A)
NbTi 39 21 4.2 4100 f1mm 1100
(0.79 mm?)
Nb3aSn 110 | > 100 | 42 2550 /d1mm 1600
10 1900 (0.79 mm?) 1200
Bi- 9 12 20 1740 4.2 x 0.3 730
2223/Mg 77 230 mm? 100
(1.26 mm?)
YBCO 18 16 77 14000 0.112 x 4 100
mm?
MgB2 90 |>100 | 25 1000 3.6 x 0.65 350
mm?

 

 

Teja Be -sarakkeiden lukuarvot ovat väärillä pai

 

oilla. Aseta ko.

oikeille paikoilleen. Miksi taulukon viimeiseen sarakkeeseen
koskaan saavuteta, kun kyseisestä materiaalista valmistetaan suprajohdemagneetti?
Miten suprajohdemateriaalin kriittisestä virrantiheydestä (taulukon J) saadaan johti-
men kriittinen virrantiheys ja edelleen kriittinen virta (taulukon I)? Entä miten laske-

taan käämin kriittinen virrantiheys?

sarakkeiden lukuarvot
istattuja / -arvoja ei

 

2. Kuvaile NbTi/Cu -suprajohteen valmistusprosessin eri vaiheet. Miksi Nb3Sn -suprajoh-
teesta valmistetun magneetin konstruointi on huomattavasti haasteellisempaa NbTi —

magneettiin nähden?

KÄÄNNÄ!
3. Selitä, mitä ymmärretään 1- ja Il-lajin suprajohteilla. Selvitä edelleen, mitä

ymmärretään koherenssipituudella, tunkeutumissyvyydellä ja pinning-keskuksella.
Meissner-ilmiö on vain suprajohteille tyypillinen ominaisuus, joka ei selity pelkästään
ideaalisella sähkönjohtavuudella. Miksi?

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

sähköenergiatekniikan sovellutuksissa.

  

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) Nesteheliumkryostaatin sisä- ja ulkoastioiden välistä lämmönsiirtymistä dominoi
lämpökonvektio.

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.