Simulation des Stromflusses in Supraleiter-Kupfer-Kompositen

Abstract

Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet der Unterschied der kritischen Stromdichte von Magensiumdiboridmultifilamentdrähten bei Transportmessungen. Es bestand eine Differenz, je nachdem ob am gesamten Kabel oder an einem einzigen Filament gemessen wurde. Diese Arbeit soll darüber Aufschluss geben, ob die Kupfermatrix, in die die Magensiumdiborid Filamente eingebettet sind, die kritische Stromstärke beeinflusst. Obwohl anfangs angenommen wurde, dass der Proximity-Effekt eine Rolle spielt, konnte diese Vermutung aufgrund theoretischer Überlegungen verworfen werden. Für weitere Antworten betreffend den Unterschied der gemessenen kritischen Stromdichte, wurden Simulationen zum Stromfluss in Magnesiumdiboriddrähten mit Comsol erstellt. Dafür mussten der theoretische Aufbau, als auch die Funktionsweise der physikalischen Module in Comsol erarbeitet werden. In dieser Arbeit wurden zwei- und dreidimensionale Simulationen erstellt. Mit deren Hilfe konnte gezeigt werden, dass die Kontaktwiderstände zwischen Stromquelle und Filamenten, sowie das, die Filamente einhüllende normalleitende Material, einen starken Einfluss auf die Messgenauigkeit bei Vierpunktmessungen haben.

The purpose of this thesis was to explain, why measured critical current densities, determined by transport measurement of multifilamentary MgB2 superconductors are largely different, if measured on whole wire or only on single filaments. It should be checked how the Cu-matrix, in which the MgB2 filaments are embedded, influences the current flow. Although, at first it was assumed that the Proximity effect may play a role, it could be excluded only by looking at the theoretical background. For further answers regarding the difference in measured critical current density, simulations of the current flow in magnesium diboride multifilament wires were made using Comsol. In order to do so, a theoretical background for the simulations, as well as the physics modules of Comsol, had to be understood and worked out. In this thesis two and three dimensional simulations were made and it could be shown that contact resistances between power source and filament, as well as the surrounding normal conducting materials, have a strong influence on the measurement precision using four-point-measurement.