Nel laboratorio Misure Elettriche della sezione Superconduttività dell’ENEA di Frascati si effettuano misure di correnti critiche al variare del campo magnetico sia in bagno d’elio liquido (4.2K) sia a temperatura variabile.
In tale sistema si possono
caratterizzare fili a bassa Tc, sia come "strand"
singoli sia come triplette, conduttori 3x3 e sub-cavi, avvolti su porta-campioni
standard ITER in Ti-Al-Va o in acciaio inossidabile in funzione del campo
magnetico alla temperatura di 4.2K.
Il campione è soggetto ad un campo magnetico
costante nel tempo, con un’uniformità dello 0.1%, con un valore fino a 14.5T
per un porta-campioni con diametro di 60mm o ad un campo magnetico più intenso,
fino a 16T, utilizzando un porta-campioni da 35mm.
Il campione, immerso nello
stesso bagno d’elio liquido del solenoide che produce il campo magnetico
di background, può essere alimentato con correnti fino a 3.5 kA.
Misure analoghe possono essere effettuate con altri alimentatori fino a raggiungere i 20kA sul campione. Campioni di maggiori dimensioni possono essere comunque misurati, ma in tal caso i criostati utilizzati sono privi del magnete che produce il campo di background.
I laboratori di caratterizzazioni elettriche sono dotati di due facilities
per la misure di trasporto in funzione della temperatura, oltre che del campo,
denominate VTI (Variable Temperature Insert). Essenzialmente sono costituite
da due criostati provvisti di magneti superconduttivi in NbTi con inserti
in Nb3Sn che generano il campo di background, raffreddati in bagno
d’elio.
In entrambi è inserita una camera termicamente isolata dal bagno,
l’inserto
a temperatura variabile per l’appunto, che ospita il campione da misurare;
tramite una valvola a spillo l’elio del bagno viene introdotto nella camera
e scaldato, così da stabilizzare il campione alla temperatura desiderata.
Nel primo VTI la temperatura del campione può essere variata nel range 3K
- 100K, ed il campo magnetico di background da 0T a 12T. In questo sistema
si possono misurare le correnti critiche di fili avvolti, lunghi fino ad
1m e di circa 1mm di diametro, mantenendo il campo esterno perpendicolare
all’asse del filo, oppure di porzioni di materiale bulk o film, lunghi fino
a 3cm, per campi esterni perpendicolari alla faccia del campione. Il bore
del criostato è di 80mm e la corrente massima è pari a ~300A. A temperature
prossime a quella dell’elio liquido l’oscillazione della temperatura durante
la misura è inferiore a ±0.01K.
L’uniformità del campo magnetico è almeno dello 0.1%.
Nel secondo VTI, principalmente usato per campioni ad alta Tc, la temperatura
del campione può variare da 4.2K fino alla temperatura ambiente ed il campo
di background da 0T a 12T.Dipendenza
della densità di corrente critica dall’angolo tra la direzione del
campo
magnetico applicato e la normale alla superficie del film misurata a
77K su film sottili di YBCO con sostituzioni di Ca e BaZrO3.
I campioni possono essere montati con due differenti
configurazioni geometriche: nella prima il campo magnetico applicato è ortogonale
sia alla superficie dei campioni che alla corrente che scorre in essi, in
modo da realizzare la configurazione di massima forza di Lorentz; nella seconda è possibile
variare l’angolo di incidenza del campo magnetico rispetto alla normale alla
superficie del campione, mantenendo invariata la condizione di massima forza
di Lorentz. In entrambi i casi la corrente di bias è limitata tra i 0.2A ÷ 0.5
A, a seconda della temperatura operativa. Il bore del criostato è di 46.9
mm.
Nel laboratorio è presente anche un Cryocooler a ciclo chiuso di elio gas con dito freddo comandato da un termoregolatore tipo ITC503 per l’acquisizione delle curve di resistenza in funzione della temperatura.