Charakterisierung von supraleitenden Bandleitern (Coated Conductors, ccs)

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1 Charakterisierung von supraleitenden Bandleitern (Coated Conductors, ccs) M. Eisterer Atominstitut Technische Universität Wien in Zusammenarbeit mit M. Chudy, J. Emhofer, F. Hengstberger, E. Pardo, T.D. Withnell, M. Zehetmayer, H.W. Weber (alle ATI) Forschungszentrum Karlsruhe SuperPower Inc., U.S.A. Industrial Research Ltd., New Zealand

2 Inhalt 1. Anisotropie Winkelabhängige Messungen 2. Hallsonden-Rastermessungen Remanentes Feld Magnetoscan Roebel Kabel Stromdurchflossener Leiter Leiter im Wechselfeld

3 Anisotropie µ 0 H c µ 0 H ab T, 77K J C (Am -2 ) I C (A) µ 0 H (T) Winkel ( ) Intrinsisches Pinning, Anisotropie der effektiven Masse

4 Korreliertes Pinning T, 77K 60 I C (A) Winkel Winkel ( ) M. Kraus et al., Phys. Bl. 50 (1994) 333 Aufschlüsse über effektive Verankerungszentren oder Verkippung

5 Technologische Relevanz Feld in Zylinderspule R i =3 cm, R a =10 cm, h=20 cm B/B max

6 Technologische Relevanz Feld in Zylinderspule R i =3 cm, R a =10 cm, h=20 cm I c (A) unirr. 2x10 21 m K / 3 T I c x 2 64 K / 4 T angle ( ) M. Eisterer et al., SUST 23 (2010) B/B max b= b= Winkel zur Achse ( )

7 2. Hallsonden-Rastermessungen Direkte Transportstrommessungen: + Keine Modellierung nötig +/- Globales I c - Hohe Verluste (1 µv/cm) - Stromkontakte Magnetisierungsmessungen: + keine Kontakte + geringes Verlustniveau - Bean Modell (Inter- und intragranulare Ströme) Hallsonden-Rastermessungen: + Keine Modellierung nötig + Lokale Eigenschaften/Limitierungen + Keine Kontakte + Niedriges Verlustniveau

8 Remanentes Feld Kontrolle vor anderen Messungen Hinweise für Materialoptimierung F. Hengstberger et al., IEEE 17 (2007) 3549

9 Inversion des Feldprofils F. Hengstberger, Dissertation F. Hengstberger et al., SUST 22 (2009)

10 Magnetoscan Homogenität von J c in langen Bändern Aufbau: Magnet (PM): r = 5 mm, h = 5 mm, μ 0 M = 1 T, (Abstand = 7.5 mm) Hallsonde: Unterhalb des Permanentmagneten; Abstand zur Probenoberfläche: 0.2 mm Messprinzip: Feld des Permanentmagneten induziert Ströme, die von den lokalen Materialeigenschaften abhängen. Feld der Ströme wird von der Hallsonde gemessen. Rasterung: in positive x Richtung für unterschiedliche y - Werte M. Eisterer et al., SUST (2003) M. Zehetmayer et al., Appl. Phys. Lett (2007) M. Zehetmayer., PR B (2009)

11 Experimentelle Ergebnisse: Langes Band Zentraler Linienscan B M (x) enthält Information über Inhomogenität des ganzen Bandes. Schnelle Qualitätskontrolle möglich.

12 Lokale Stromverteilung (ideales Band) Magnet - Band: 7.5 mm Nahe der Hallsonde: Ähnliche Stromverteilung wie in homogen magnetisierter Probe. Bean ähnliches Profil. Stromdichte J x J y Stromdichte J x J y

13 Lokale Stromverteilung (ideales Band) Magnet - Band: 7.5 mm Magnet - Band: 1.5 mm Unterschiedliche Stromverteilung nahe der Hallsonde erklärt die unterschiedlichen Feldprofile. Verschiebung der Hallprobe (zu x ~ 2.5 mm) führt zu ähnlicher Stromverteilung wie im oberen Fall ( Ähnliche Feldprofile, experimentelle Verifizierung der Rechnungen.)

14 Experimentelle Verifizierung der Rechnungen Hallsonde zentral Magnet - Band: 7.5 mm Hallsonde zentral Magnet - Band: 1.5 mm Hallsonde verschoben Magnet - Band: 1.5 mm

15 Vergleich Magnetoscan-Transport Messung F. Hengstberger et al., Physica C (2007) 1397

16 Vorteile des Magnetoscans Einstufiger, kontinuierlicher Prozess Kein separates Aufmagnetisieren Beliebige Leiterlänge Keine Kontakte Magnetfeld wählbar Zentraler Linienscan enthält relevante Information Hohe Sensitivität gegenüber Inhomogenitäten oder quantitative Abschätzung für kritischen Strom

17 Roebel Kabel W. Goldacker et al., SUST 22 (2009)

18 Roebel Kabel (5 Stränge, 5 mm breit) Defekt

19 Einzelstrangcharakterisierung 1 Anisotropie des kritischen Stroms in der Ebene? 2 Änderung der Strangbreite

20 Details der Magnetoscan Bilder 2 1 Ähnliches Ic im transversalen Teil Defekt an der linken Ecke Ic ist deutlich größer im breiteren Teil

21 Transportmessungen von Ic Transportmessungen bestätigen Magnetoscan!

22 Filamentierter Strang - Magnetoscan

23 Feld eines stromdurchflossenen Bandes

24 Inversion

25 Foto 1 Magnetoscan Invertiertes Selbstfeld

26 Magnetoscan Selbstfeld Invertiertes Selbstfeld

27 Magnetoscan Invertiertes Selbstfeld

28 Feld eines stromdurchflossenen Roebel Kabels I=50 A 11 Stränge, Silberepoxid

29 Eindringen eines Wechselfeldes 36 Hz Neuer Aufbau: Bac=0-75 mt f= Hz max. Probengröße: mm2 ) mm y( Ziel: Experimentelle Verifizierung von Modellen für Wechselstromverluste (z.b. Roebel Kabel). Untersuchung der Kopplung zwischen Einzelsträngen. B(mT) x (mm )

30 Eindringen eines Wechselfeldes 36 Hz Neuer Aufbau: Bac=0-75 mt f= Hz max. Probengröße: mm2 ) mm y( Ziel: Experimentelle Verifizierung von Modellen für Wechselstromverluste (z.b. Roebel Kabel). Untersuchung der Kopplung zwischen Einzelsträngen. B(mT) x (mm )

31 Zusammenfassung Winkelaufgelöste Ic Messungen Information über relevante Verankerungszentren Wichtig für Anwendungen Hallsonden-Rastermessungen Lokale Eigenschaften Modellfrei Schnelle Qualitätskontrolle Aufzeigen von Beschädigungen Stromverteilung Kopplung zwischen Einzelsträngen (Wechselstrom/-feldverluste)