Lukas' Blog - von Lukas Graber

Massenverhältnisse liessen sich über die Dichten ausrechnen, wobei ich in
Materialdatenbanken leider nirgends Werte zu NbTi finden konnte. Aber
eine andere interessante Zahl konnte ich finden: Die Gesamtlänge aller
NbTi-Fasern beträgt 10 AE plus ein paar Mal Erde-Mond!
Es stellt sich die Frage, weshalb man die Supraleiter in Kupfer einbettet.
Solange der Leiter im supraleitenden Gebeit arbeitet, braucht
es das Kupfer eigentlich nicht. Es braucht keine Wärme abgeführt werden,
da keine Verluste entstehen. Auch ist die Stromdichte im Kupfer
Null, da der Supraleiter unendliche viel besser leitfähig ist. Was passiert
aber, falls aufgrund eines Fehlers eine normalleitende Zone im NbTi entsteht
( ”http://de.wikipedia.org/wiki/Quench-(Supraleitung)” Quenching
genannt)? Dort entstehen aufgrund der nun endlichen Leitfähigkeit schlagartig
erhebliche ohmsche Verluste. Diese müssen schnellstmöglich abgeführt
werden, damit dieser thermisch nicht zerstört wird. Ob im besten Falle
sogar soviel Wärme abfliessen kann, dass dieser, nach einer Reduktion
der Stromstärke, wieder zurück in den supraleitenden Zustand fällt, kann
ich nicht beurteilen. Natürlich wird sofort eine Notabschaltung ausgelöst,
sobald im Leiter elektrische Spannungen (Spannungsabfälle) auftreten.
Nun kommt aber noch eine zweite Eigenschaft von Kupfer zum Tragen:
Neben der thermisch guten Leitfähigkeit, sorgt vor allem die tiefe Temperatur
für eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit, weit höher als bei
Raumtemperatur. Das heisst, dass das umgebende Kupfer beginnt den
Strom zu tragen. Damit gewinnt man wertvolle Zeit, in welcher der Strom
im Leiter reduziert werden kann.
Selbstverständlich ist das Kupfer auch dazu da, den Leiter mechanisch
absolut unverrückbar fest zu halten. Für die Dipole werden die Rutherford-
Leiter direkt mit zwei Lagen Kapton umwickelt und können vom Helium
penetriert werden. Die Klebefläche des Kaptonbandes zeigt übrigens nach
aussen, da die Energiefreisetzung bei Bindungsfehler/Delamination den
Leiter ebenfalls quenchen lassen könnte. Bei den Magneten für das ATLAS-
Experiment werden die Rutherford-Leiter in Aluminium zu Stangen vergossen.
Die Kräfte betragen im innern der Dipolmagnete 2.27 MN/m (227
Tonnen pro Meter). Nicht auszudenken, was passieren würde, wenn sich ein
Leiter auch bloss minimal bewegen würde: Die innere Reibung würde den
Leiter sofort quenchen lassen. Natürlich wird während diesem Moment der
Verschiebung eine kleine (aber prizipiell detektierbare) Spannung induziert,
aber ob die Notabschaltung darauf rechtzeitig anspricht, weiss ich nicht.
Wahrscheinlich denken sich nun viele, dass bei so viel Kupfer (plus
Supraleiter und Helium) soviel Wärmekapazität besteht, dass man ein
Quenching locker im Griff hat (= genug Zeit, um den Strom zu reduzieren).
Dem ist leider nicht so: Ich lese, dass Kupfer hat eine spezifische
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