NbTi-suprajohdemagneettien mekaaninen jäähdytys
Vihtakari, Jukka (2016)
2016
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-05-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201604203846
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201604203846
Tiivistelmä
Suprajohtavuus (aineiden kyky johtaa sähkövirtaa häviöttömästi) mahdollistaa monenlaisia sovelluksia, kuten vahvoja magneettikenttiä tuottavat suprajohtavat magneetit. Vahvoja magneettikenttiä tarvitaan esimerkiksi magneettikuvauslaitteissa. Kaikki tunnetut suprajohteet vaativat alhaisen toimintalämpötilan ja esimerkiksi käytetyin suprajohdemateriaali, niobititaani, saavuttaa suprajohtavan tilan vasta alle 9,3 K lämpötilassa. Tästä johtuen suprajohdesovellukset vaativat tehokasta jäähdytystä ja yleisimmin käytetty jäähdytysmenetelmä on kohteen asettaminen nestemäiseen heliumiin kryostaatin (lämpöeristetty astia) sisällä. Helium on kuitenkin kallista, joten jonkin vaihtoehtoisen jäähdytysmenetelmän käyttö voisi olla taloudellisesti järkevää. Yksi vaihtoehto on mekaaniset kryojäähdyttimet, jotka eivät vaadi nestemäisiä jäähdytysnesteitä toimiakseen.
Tässä työssä selvitettiin kolmen WIC-johtimista (Wire-In-Channel) valmistetun testikäämin termodynaamista käyttäytymistä. Johtimet on valmistanut Luvata Oy ja niitä olisi luultavasti mahdollista käyttää esimerkiksi kryojäähdyttimellä jäähdytetyissä magneeteissa. Kyseiset johtimet oli eristetty eri materiaaleilla; yksi oli eristämätön, toinen päällystetty sukkamaisella PET-eristeellä ja kolmas ohuella lakkapinnoitteella. Lämmönjohtavuus on tärkeä suure, koska se vaikuttaa olennaisesti käämien toimintaan, kuten vaadittuun jäähdytystehoon tietyssä toimintalämpötilassa ja mangeetin suojaukseen häiriötilanteilta. Toisaalta eristys voi auttaa eliminoimaan käämeissä mahdollisesti syntyviä pyörrevirtoja, jotka voivat aiheuttaa ylimääräisiä häviöitä ja häiriöitä magneetin toiminnalle. Käämeille mallintamalla saadut pystyakselin suuntaiset lämmönjohtavuudet 12 K:ssä olivat: 0,63 W/mK PET-eristetylle, 6,1 W/mK eristämättömälle ja 3,9 W/mK lakkaeristetylle.
Tässä työssä selvitettiin kolmen WIC-johtimista (Wire-In-Channel) valmistetun testikäämin termodynaamista käyttäytymistä. Johtimet on valmistanut Luvata Oy ja niitä olisi luultavasti mahdollista käyttää esimerkiksi kryojäähdyttimellä jäähdytetyissä magneeteissa. Kyseiset johtimet oli eristetty eri materiaaleilla; yksi oli eristämätön, toinen päällystetty sukkamaisella PET-eristeellä ja kolmas ohuella lakkapinnoitteella. Lämmönjohtavuus on tärkeä suure, koska se vaikuttaa olennaisesti käämien toimintaan, kuten vaadittuun jäähdytystehoon tietyssä toimintalämpötilassa ja mangeetin suojaukseen häiriötilanteilta. Toisaalta eristys voi auttaa eliminoimaan käämeissä mahdollisesti syntyviä pyörrevirtoja, jotka voivat aiheuttaa ylimääräisiä häviöitä ja häiriöitä magneetin toiminnalle. Käämeille mallintamalla saadut pystyakselin suuntaiset lämmönjohtavuudet 12 K:ssä olivat: 0,63 W/mK PET-eristetylle, 6,1 W/mK eristämättömälle ja 3,9 W/mK lakkaeristetylle.