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Laboratorio Misure Elettriche

Contatti:
misure ad alta temperatura critica
Dott. Andrea Augieri - email: andrea.augieri@enea.it
tel. 0039 06 9400 5994 - fax. 0039 06 9400 5393


misure a bassa temperatura critica
Dott. Aldo Di Zenobio- email: aldo.dizenobio@enea.it
tel. 0039 06 9400 5565 - fax. 0039 06 9400 5393

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.

Corrente critica al variare del campo magnetico in elio liquido

Tipiche caratteristiche V-I misurate a 4.2KTipiche caratteristiche V-I misurate a 4.2K a diversi campi
magnetici di background su uno strand multi-filamentare
in Nb3Sn

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.

Corrente critica al variare del campo magnetico e della temperatura

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.densità di corrente critica in funzione dell'angolo di campo magnetico ....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.