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
Inhalt 1. Anisotropie Winkelabhängige Messungen 2. Hallsonden-Rastermessungen Remanentes Feld Magnetoscan Roebel Kabel Stromdurchflossener Leiter Leiter im Wechselfeld
Anisotropie 60 10 10 µ 0 H c µ 0 H ab 50 0.6 T, 77K J C (Am -2 ) I C (A) 40 10 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 µ 0 H (T) 30-20 0 20 40 60 80 100 Winkel ( ) Intrinsisches Pinning, Anisotropie der effektiven Masse
Korreliertes Pinning 80 70 0.5 T, 77K 60 I C (A) 50 40 30 Winkel -20 0 20 40 60 80 100120140160180200 Winkel ( ) M. Kraus et al., Phys. Bl. 50 (1994) 333 Aufschlüsse über effektive Verankerungszentren oder Verkippung
Technologische Relevanz Feld in Zylinderspule R i =3 cm, R a =10 cm, h=20 cm B/B max 0.020 0.060 0.10 0.14 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34 0.38 0.42 0.46 0.50 0.54 0.58 0.62 0.66 0.70 0.74 0.78 0.82 0.86 0.90 0.94
Technologische Relevanz Feld in Zylinderspule R i =3 cm, R a =10 cm, h=20 cm I c (A) 40 30 20 10 unirr. 2x10 21 m -2 77 K / 3 T I c x 2 64 K / 4 T -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 angle ( ) M. Eisterer et al., SUST 23 (2010) 014009 B/B max 0.020 0.060 0.10 0.14 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34 0.38 0.42 0.46 0.50 0.54 0.58 0.62 0.66 0.70 0.74 0.78 0.82 0.86 b=0.62 19.2 b=0.79 7 Winkel zur Achse ( ) 0 4.0 7.0 10 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 0.90 88 0.94 90
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
Remanentes Feld Kontrolle vor anderen Messungen Hinweise für Materialoptimierung F. Hengstberger et al., IEEE 17 (2007) 3549
Inversion des Feldprofils F. Hengstberger, Dissertation F. Hengstberger et al., SUST 22 (2009) 025011
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 16 1282 (2003) M. Zehetmayer et al., Appl. Phys. Lett. 90 032506 (2007) M. Zehetmayer., PR B 80 104512 (2009)
Experimentelle Ergebnisse: Langes Band Zentraler Linienscan B M (x) enthält Information über Inhomogenität des ganzen Bandes. Schnelle Qualitätskontrolle möglich.
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
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.)
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
Vergleich Magnetoscan-Transport Messung F. Hengstberger et al., Physica C 460-462 (2007) 1397
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
Roebel Kabel W. Goldacker et al., SUST 22 (2009) 034003
Roebel Kabel (5 Stränge, 5 mm breit) 3 1 2 Defekt
Einzelstrangcharakterisierung 1 Anisotropie des kritischen Stroms in der Ebene? 2 Änderung der Strangbreite
Details der Magnetoscan Bilder 2 1 Ähnliches Ic im transversalen Teil Defekt an der linken Ecke Ic ist deutlich größer im breiteren Teil
Transportmessungen von Ic Transportmessungen bestätigen Magnetoscan!
Filamentierter Strang - Magnetoscan
Feld eines stromdurchflossenen Bandes
Inversion
Foto 1 Magnetoscan Invertiertes Selbstfeld
Magnetoscan Selbstfeld Invertiertes Selbstfeld
Magnetoscan Invertiertes Selbstfeld
Feld eines stromdurchflossenen Roebel Kabels I=50 A 11 Stränge, Silberepoxid
Eindringen eines Wechselfeldes 36 Hz Neuer Aufbau: Bac=0-75 mt f=1-2000 Hz max. Probengröße: 12 80 mm2 ) mm y( Ziel: Experimentelle Verifizierung von Modellen für Wechselstromverluste (z.b. Roebel Kabel). Untersuchung der Kopplung zwischen Einzelsträngen. B(mT) x (mm )
Eindringen eines Wechselfeldes 36 Hz Neuer Aufbau: Bac=0-75 mt f=1-2000 Hz max. Probengröße: 12 80 mm2 ) mm y( Ziel: Experimentelle Verifizierung von Modellen für Wechselstromverluste (z.b. Roebel Kabel). Untersuchung der Kopplung zwischen Einzelsträngen. B(mT) x (mm )
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)