Szalagtekercs homogenizált térszámítási modellje

A szupravezetőkkel kapcsolatos kutatások középpontjában manapság a többrétegű, második generációs HTS (High Temperature Superconducting) tekercsek állnak. A fellépő fizikai jelenségek végeselem-módszerrel történő modellezése kihívást jelent, mivel jellemzően nagy menetsűrűségű, karakterisztikus méretéhez képest igen kis szalagvastagsággal rendelkező tekercseket kell vizsgálni eltérő mérettartományokon [1]. Az irodalomban számos homogenizált tekercsmodell létezik, melyek főképp a nagyfrekvenciás viselkedésre koncentrálnak (skin effektus, közelségi hatás). A jelenleg vizsgált fizikai probléma viszont ettől nagyban eltér. Ha a tekercs egy kicsiny területén megjelenő lokális hőmérsékletváltozás elég nagy ahhoz, hogy a szupravezetőt normál állapotba billentse, azaz az áramsűrűség meghaladja a kritikus értéket, az áram visszafolyik a stabilizátor rétegbe, ahol Joule-hő keletkezik. Majd ez a magasabb hőmérsékletű zóna terjedni kezd a tekercsen belül. Fontos mennyiségként van számon tartva a normál zóna terjedési sebessége (NZPV - Normal Zone Propagation Velocity), mely igen lassú, így nehezen detektálható. A fent leírt folyamat az ún. quench jelenség, mely ritka, viszont tartós fennállás esetén jelentős mértékben roncsolja a szupravezető réteget. Ennek az anyagnak vezetőképessége erősen nemlineáris, illetve hőmérsékletfüggő is, ennek következtében egy csatolt hővezetéses-elektromágneses problémával állunk szemben. A fentiekből viszont következik, hogy elektromágneses szempontból lehetséges a jelenséget stacionárius közelítésben tárgyalni.

A dolgozatban bemutatásra kerül egy újszerű homogenizálási eljárás, mely során egy lapos szalagtekercs részletes geometriájának helyettesítése egy homogén anizotróp vezetőképességű közeggel történt. A korábbiakban születtek az irodalomban fellelhető eredmények, például kétdimenziós hengerszimmetrikus modell szalagszintű diszkretizálással, 2D-3D vegyes dimenziójú modell, ahol a vékony HTS szalag belső peremfeltételként lett figyelembe véve, továbbá háromdimenziós anizotróp vezetőképesség tenzor hengerkoordináta-rendszerben is reprezentálásra került. Mindegyikben közös, hogy a teljes áramsűrűség az összes menetben előírt, a feszültségkényszer pedig integrálás útján került meghatározásra. Viszont nem készült még eddig a tekercs pályájára illeszkedő homogenizálás. A dolgozatban ismertetett modellben ez utóbbi megvalósult, illetve további előnyt jelent a közvetlenül alkalmazott feszültségkényszer is.

Kezdetben a szalagtekercs geometriájának homogenizálása volt a fő cél, illetve a stacionárius áramlási és mágneses tér pontosságának vizsgálata egy könnyen kezelhető, kisebb menetszámú és menetsűrűségű második generációs HTS tekercs rézrétegének szimulációjának útján. Későbbiekben realisztikusabb méretek mellett is szemléltetésre került a modell alkalmazhatósága. A végső cél természetesen a quench jelenség szimulációja.

[1] M. Zhang, K. Matsuda, and T. A. Coombs, “New application of temperature-dependent modelling of high temperature superconductors: Quench propagation and pulse magnetization,” Journal of Applied Physics, vol. 112, no. 4, p. 043912, 2012.

szerző

• 
  Kenderes Anett
  Villamosmérnöki szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulensek

• 
  Dr. Gyimóthy Szabolcs
  egyetemi tanár, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
• 
  Dr. Bilicz Sándor
  docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

helyezés