STABILITÀ TERMICA DI FILI SUPERCONDUTTORI IN NB-TI E NB3-SN IN BAGNO DI ELIO LIQUIDO

La stabilità termica dei fili superconduttivi in bagno di elio liquido è un aspetto critico per il funzionamento affidabile di questi magneti. Un rilascio locale di energia sul filo può determinare la transizione di parti di esso dallo stato superconduttivo a quello di conduttore normale, con conseguente ulteriore dissipazione di potenza per effetto joule. Tale fenomeno può condurre alla transizione completa del filo (quench), con la conseguente necessità di interrompere il funzionamento del magnete. Le attività di ricerca qui descritte sono state svolte in collaborazione con il CEA di Saclay e la divisione LHC del CERN di Ginevra. Nella fase sperimentale della ricerca, realizzata presso i laboratori di CEA Saclay, un filo superconduttivo immerso in un bagno di elio liquido viene illuminato mediante diodo laser. Variando la durata e la potenza dell’impulso si simulano ingressi termici di diversa natura che avvengono durante il funzionamento di un magnete. Per studiare questi fenomeni è stato sviluppato un modello numerico accoppiato elettromagnetico e termico. Il modello consente la suddivisione della sezione trasversale del filo in aree a diversa temperatura, assegnando resistenze termiche ed elettriche trasversali fra i vari elementi. Lo scambio termico fra il filo e il bagno di elio liquido è studiato distinguendo le diverse fasi di “nucleate boiling” e “film boiling”. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che è possibile riprodurre accuratamente le tracce di tensione dei fili in NbTi assumendo temperatura uniforme sulla sezione. Nel caso di fili in Nb3Sn è invece necessario considerare almeno due aree distinte, a causa della rilevante influenza sul quench della resistenza termica della matrice normale.