Suprajohtavuus, 5 op

Ydinsisältö

• Suprajohtavuuden tausta ja teoria: Matalan ja korkean lämpötilan suprajohteet ja niiden sähkömagneettinen luonne.
• Suprajohtavan magneetin suunnitteluperusteet: Käämityksen stabiilisuustarkastelut, käytetyimmät käämigeometriat, voimavaikutukset ja mekaaniset tarkastelut. Kenttäprofiili.
• Kryogeniikan perusteet: Kryogeeniset nesteet ja niiden ominaisuudet. Kryostaatin suunnitteluperusteet. Taloudelliset näkökulmat.
• Suprajohtavan magneetin häviöt: AC-häviöiden luokittelu ja niiden merkitys energiasovellutuksissa. Järjestelmän staattisten häviöiden analysointi.
• Transitio normaalitilaan: Käämityksen termodynaaminen analyysi ja keskeisten parametrien (lämpötila, jännite) määrittäminen.
• Suprajohtavuuden energiasovellutukset: Sähkömagneettinen energiavarasto, moottorit ja generaattorit, muuntaja, virranrajoitin, kaapeli, vauhtipyörä.

Täydentävä tietämys

• Kaupallisten suprajohteiden valmistusteknologia ja toimintaparametrit.
• Käämintätekniikka, kuparikäämityksen ja suprajohtavan käämin erot.
• Kryogeniikan muut sovellusalueet. Eri jäähdytysmenetelmät.
• AC-häviöiden minimoiminen johdinkonfiguraation kautta.
• Suprajohtavan magneetin eri suojausmenetelmät.
• Suprajohtavuus muilla aloilla - lääketiede, prosessitekniikka, liikenne, elektroniikka, fuusio.

Erityistietämys

• Suprajohtavuuden historia. Suprajohteiden keskeiset valmistajat.
• Esimerkkejä suurista käämigeometrioista. Big Science –hankkeet, CERN ja ITER. Suprajohtavuuden potentiaali tuulivoimaloissa.
• Kryogeniikan historia.
• Oman tutkimustoiminnan integrointi, kansainväliset hankkeet. Tutustuminen alan kotimaiseen yritystoimintaan.