Reprezentatívne výsledky OS

20242023202220212020staršie

2024

Supravodivé spoje medzi MgB2 drôtmi

Authors: I. Hušek, P. Kováč, T. Melišek, D. Berek and L. Kopera, M Búran

VEGA project 2/0017/22: Superconducting joints of MgB2 wires for windings in persistent mode           

Vplyv aplikovaného tlaku na deformáciu rozhrania spoja a jeho štruktúru ako aj vplyv uhlu rozhrania spoja na transportné vlastnosti spájaných vodičov bol experimentálne študovaný na jedno- a viac- žilových MgB2 drôtoch. Štruktúra rozhraní spojených drôtov pomocou in-situ[1], ex-situ [2] a IMD [3] metód bola analyzovaná pomocou optickej mikroskopie. Dosiahnuté výsledky ukazujú až 73% zachovanie transportných vlastností referenčného MgB2/Fe drôtu v magnetickom poli. V prípade 6- žilového drôtu sa nameralo až do 53% zachovanie kritického prúdu Ic referenčného drôtu na ktorom bol spoj vytvorený. Prezentované výsledky dokazujú, že drôty spojené touto technikov sú vhodné pre vinutia supravodivých MgB2 magnetov pracujúcich v perzistentnom móde.

  • [1] I. Hušek, P. Kováč, T. Melišek, D. Berek and L. Kopera, Effect of interface angle, added powder and applied deformation on the structure and transport currents of joined single- and multi-core MgB2 wires, Supercond. Sci Technol. 37 (2024) 075016
  • [2] T. Melišek, D. Berek, M. Búran, M. Bennar and P. Kováč, Properties of termination joined ex-situ MgB2 wires, Cryogenics 141(2024) 103857
  • [3] I. Hušek,  P. Kováč, T. Melišek and M. Hain,  Transport currents and micro-structure of superconducting joint between MgB2/Ni and MgB2/Nb wires made by IMD process, Ceramics International, Volume49 issue 7 (2023) 11178
Pozdĺžny rez supravodivého spoju a (a), spoj b s pridaným Mg + B práškovým mixom (b) a spoju c s pomletým práškom (c) [1].

Štúdia uskutočniteľnosti náhrady medeného vinutia elektromagnetu urýchľovača vodičom na báze vysokoteplotného supravodiča

Authori: F. Gömöry, M. Soloviov

Objednávateľ: GSI Darmstadt (Germany)

Elektromagnety používané v urýchľovači ťažkých iónov SIS-18 v GSI Darmstadt maj[ vinutia z kovových Cu drôtov. Pri vytváraní požadovaného magnetického poľa sa vodiče ohrievajú vďaka mechanizmu ohmických strát, čím významne prispievajú k spotrebe energie počas prevádzky. Túto časť prevádzkových nákladov v ostatnej dobe kriticky narástla, kvôli zvyšujúcim sa nákladom na elektrickú energiu. Uskutočnili sme teoretickú štúdiu zameranú na náhradu – pri dodržaní rovnakého počtu závitov a priebehu pulzu elektrického prúdu – Cu vinutia cievkou z vysokoteplotnej supravodivej pásky. V prvom kroku bol použitý zjednodušený semi-analytický prístup na identifikáciu vhodného rozsahu prevádzkových teplôt a predbežný odhad strát energie počas prúdovej rampy. Potom sa pre obmedzený súbor návrhov uskutočnil úplný teplotne závislý výpočet, so zahrnutím podrobnej charakterizácie transportnej schopnosti supravodivého materiálu. Zistili sme, že zjednodušený analytický prístup poskytuje správny návod na optimalizáciu usporiadania vinutia cievky.

Obr. Vypočítané rozloženia elektrického prúdu vo vinutí elektromagnetu počas trojuholníkového pulzu prúdu.

Nový a rýchly software pre multi-fyzikálnu analýzu „quench-u“ v magnetoch dosahujúcich vysoké magnetické polia

Autori z ElÚ SAV: E Pardo, A Dadhich, AK Srivastava, A Hussain
Európsky Horizon2020 projekt: superEMFL, číslo kontraktu 951714
COST action: Hi-SCALE, číslo kontraktu CA19108

Vysokoteplotné supravodivé elektro-magnety umožňujú vytvoriť magnetické polia až do 40 T. Takéto vysoké magnetické polia umožňujú skúmať kľúčové vlastnosti nových materiálov z rôznych oblastí, od čistej energie až po nové liečivá. Európsky Horizon 2020 projekt superEMFL má za cieľ navrhnúť dva takéto magnety, schopné vytvoriť 32 a 40 T magnetické polia. Návrh magnetu je komplexný kvôli súhre tieniacich prúdov, nárastu teploty a mechanickému napätiu. Napríklad, nárast teploty spôsobený tieniacimi alebo radiálnymi elektrickými prúdmi dokážu spôsobiť quench magnetu (prudký prechod supravodivého magnetu do nesupravodivého stavu), ktoré spôsobuje tepelné mechanické napätie. Kvôli týmto dôvodom, analýza magnetu vyžaduje multi-fyzikálny numerický model, ktorý by mal byť tak rýchly ako je to možné pre návrh magnetov. Výpočet 3D modelu magnetu umožňuje kompletne opísať správanie magnetu, avšak je to veľmi časovo náročne. V tejto práci predstavujeme rýchlu a presnú 2D výpočtovú metódu prierezu magnetu pre multi-fyzikálne modelovanie elektro-magneticko-tepelno-mechanického správania magnetu, ktorá zahŕňa tieniace prúdy. Metóda recipročne prepája náš elektromagnetický software (MEMEP [1]), metódu ktorú sme vyvinuli a ktorá sa zakladá na metóde konečných diferencií [3]. Tento elektro-tepelný model je prepojený jednosmerne s mechanicko-elastickým modelom [4]. Študujeme najmä ohrev vznikajúci pri náraste magnetického poľa a elektro-tepelným quench-om, ktorý sa iniciuje poškodeným závitom v magnete na ktorom je zrazu maximálny možný elektrický prúd. Okrem toho, za účelom vzájomného overenia výsledkov, testujeme náš model porovnaním s modelmi vedeckých a iných skupín vo svete [4], ktoré sú zapojené do COST projektu Hi-SCALE. Naše výsledky ukazujú, že elektro-tepelný quench sa šíri elektromagnetický zmenami v tieniacich prúdoch a nie skrz tepelnú difúziu. Toto vedie k veľmi rýchlemu quench-u, trvajúcemu v niektorých prípadoch pár milisekúnd. Navyše sme analyzovali nárast mechanického napätia spôsobeného tieniacimi prúdmi a lokálne mechanické namáhanie spôsobené tepelnou deformáciou počas quench-u.  Na základe výsledkov môžeme povedať, že naša metóda je vhodná na multi-fyzikálny návrh magnetov dosahujúcich vysoké magnetické polia. 

Pre viac informácii: https://emfl.eu/superemfl/project/

Obr. 1 (Vľavo) Vytvorenie ultra-vysokých magnetických polí vyšších ako 32 T bežnými medenými elektromagnetmi spotrebuje rovnaké množstvo energie ako mesto s 5000 obyvateľmi
(Vpravo) Plne supravodivý magnet zredukuje spotrebuje energiu vďaka nuľovému elektrickému odporu supravodiča
Obr. 2 Nárast teploty spôsobenej quench-om vo vinutí supravodivého magnetu bez zahrnutia vplyvu tieniachich prúdov (ľavý graf) a pri zahrnutí tieniacich prúdov (pravý graf)
  • [1] Pardo, E. and Fazilleau, P.: Fast and accurate electromagnetic modeling of non-insulated and metal-insulated REBCO magnets, Supercond. Sci Technol. 37 (2024) 035016. IF 3.7, 5 citations excluding self-citations.
  • [2] Dadhich, A., Fazilleau, P., and Pardo, E.: A novel and fast electromagnetic and electrothermal software for quench analysis of high field magnets, Supercond. Sci Technol. 37 (2024) 095024. IF 3.7.
  • [3] Srivastava, A.K. and Pardo, E.: Modelling the mechanics of 32 T REBCO superconductor magnet using numerical simulation, Supercond. Sci Technol. 37 (2024) 075014. IF 3.7.
  • [4] Dadhich, A., Grilli, F., Dennis, L., Vanderheyden, B., Geuzaine, C., Trillaud, F., Sotnikov, D., Salmi, T., Hajiri, G.,  Berger, K., Benkel, T., dos Santos, G., Santos, B.M.O., Martins, F.G.R., Hussain, A., and Pardo, E.: Electromagnetic-thermal modeling of high-temperature superconducting coils with homogenized method and different formulations: a benchmark, Supercond. Sci Technol. 37 (2024) 125006. IF 3.7.