Faglig innhold

Dette doktorgradskurset er ment å gi inngående forståelse innenfor et utvalg emner innen høytemperatur superledere (HTS) og kryogenikk. Mer spesifikt inneholder emnet den generelle teorien for superledning, HTS materialer og egenskaper, modellering av AC tap i superledere, kryogene kjølingsmetoder og deres anvendelser, og termiske isolasjonsmaterialer.

Hovedanvendelsen for kurset er superledende elektriske maskiner (SCMs) som er kjent for sin høye spesifikke effekttetthet og overlegne virkningsgrad. I denne applikasjonen må superledere trygt driftes innenfor grensebetingelser gitt av kritiske parametre som temperatur, strøm og magnetisk felt. Designet vil derfor inneha visse marginer for å sikre sikker drift av maskinen. Det er også viktig at den kryogene kjølingen gir stabile forhold for de superledende komponentene.

I kursmateriellets kilde nummer 1 er følgende kapitler relevante:

- Kapittel 1: Vitenskapen og ingeniørkunsten bak høytemperatur superledende (HTS) materialer og komponenter

- Kapittel 2: Høytemperatur superlededere (HTS) og bånd

- Kapittel 6: Kryogenikk for høytemperatur superledende (HTS) systemer

- Kapittel 7: Elektromagnetisk modellering av høytemperatur superledende (HTS) materialer og anvendelser

- Kapittel 10: Anvendelser for høytemperatur superledende (HTS) teknologi i roterende maskiner

I kursmateriellets kilde nummer 2 er følgende kapitler relevante:

- Chapter 1: Prinsipper for kryostat design, 1.2 Kryogeniske materialegenskaper, 1.2.1 Termisk kontraksjon, 1.2.2 Termisk ledning.

I kursmateriellets kilde nummer 3 er følgende kapitler relevante:

- Kapittel 2: Superledning og teoretisk oversikt

- Kapittel 3: Modellering av HTS-baserte superlederviklinger

Læringsutbytte

Kunnskap: Etter å ha gjennomført dette kurset vil studenten

- ha inngående kunnskap om høytemperatur superledende (HTS) materialer og deres egenskaper

- forstå den generelle teorien for superledning

- ha detaljert kunnskap om driftskrav for superledere og hvordan kritiske parametre relaterer til hverandre

- ha teoretisk kjennskap til hvordan man etablerer tapsmodeller for AC superledere

Ferdigheter: Etter å ha studert dette Ph.D. emnet vil studenten være i stand til

- å evaluere og velge HTS materialer for superleder-anvendelser

- å etablere superleder-modeller for bruk i analytiske estimater og numeriske simuleringer

- å analysere de kryogeniske kjølebehovene og dimensjonere et tilstrekkelig kjølesystem

Generell kompetanse: Etter å ha tatt dette kurset vil studenten ha økt

- ferdighet i å identifisere avgjørende utfordringer i fagområdet ved å tilegne seg, prosessere, og evaluere tilgjengelig informasjon fra ulike vitenskapelige disipliner

- evne til å kommunisere effektivt til spesialister og ikke-spesialister ved bruk av presentasjoner som formidlingskanal

- evne til innovasjon og til å ta del i innovasjonsprosesser

Læringsformer og aktiviteter

Undervisningen baseres på kollokvier, hvor temaet presenteres oversiktsmessig før utvalgte emner diskuteres og studeres i detalj. Alle deltakerne forbereder seg, og innledende presentasjon forberederes av studentene. Emnet gis på engelsk ved behov.

Hver student må kompilere en rapport med omfattende analyser av et utvalgt problem som er dekket av kursets innhold. Studenten må også fagfellevurdere rapporten til de andre studentene som tar kurset og gi relevant tilbakemelding i en separat rapport. Begge disse kravene må være dekket for vellykket gjennomføring av kurset.

Spesielle vilkår

Anbefalte forkunnskaper

TFE4120 - Elektromagnetisme, TET4110 - Elektriske Maskiner og Elektromagnetisk Energiomforming, TEP4120 - Termodynamikk 1, eller tilsvarende.

Forkunnskapskrav

Det kreves opptak til doktorgradsprogram i elkraftteknikk for å ta dette emnet. Stipendiater fra andre doktorgradsprogram kan meldes opp ved forespørsel.

Kursmateriell

1. Ziad Melhem, "High temperature superconductors (HTS) for energy applications", Woodhead Publishing, 2012, pp. 1-62, 181-214, 216-250, 320-343
2. J.G. Weisend II (editor), "Cryostat design: Case Studies, Principles and Engineering (International Cryogenics Monograph Series)", Springer, 2018, pp. 1-42
3. Mark Ainslie, "Transport AC loss in high temperature superconducting coils", Doktorgradsavhandling, King’s College, University of Cambridge, 2012.
4. Torbjörn Wass, "Studies of high-temperature superconducting tapes and their application in power apparatus", Doktorgradsavhandling, KTH, 2012.
5. Steven W. Van Sciver, "Cryogenic systems for superconducting devices", Physica C354, 2001, pp. 129-135.