High Temperature Superconductors Modelling

Resumo:

Supercondutores de alta temperatura (HTSc) podem conduzir densidades de corrente muito mais elevadas que condutores convencionais, sem as perdas associadas à resistência elétrica. HTSc têm temperaturas críticas maiores que 77K, que corresponde à temperatura de ebulição do azoto líquido à pressão ambiente. Processos de arrefecimento que usam azoto líquido são menos caros e menos complexos que os processos que usam hélio líquido. Consequentemente, HTSc são altamente vantajosos quando comparados com supercondutores convencionais para aplicações tecnológicas. Modelar sistemas com HTSc é essencial.

Atualmente, os modelos usados baseiam-se numa lei de potências para a caraterística E-J. Esta lei é baseada em observações experimentais e é uma aproximação ao Modelo de Estado Crítico de Bean. A altamente não linear relação E-J resulta, por vezes, em computações numericamente instáveis e lentas. Neste trabalho, apresentamos um modelo para blocos de HTSc, o modelo densidade, que é derivável da teoria fenomenológica de Ginsburg-Landau para a supercondutividade.

Este trabalho é desenvolvido sob a permissa de que a constante de Ginsburg-Landau tem um valor elevado e, também, sob a permissa de que a magnitude do campo magnético aplicado é elevada o suficiente para que a distância entre as linhas de fluxo seja muito menor que o comprimento de penetração, permitindo, assim, usar um modelo de campo médio. Para sistemas de YBCO e GdBCO com duas dimensões, as distribuições de campo magnético dentro dos blocos para os dois modelos estão em concordância na maioria dos casos.

O modelo baseado na lei das potências tem sempre tempos de computação menores. No entanto, as simulações que usam o modelo da densidade apresentam sempre convergência e o mesmo não acontece para o modelo da lei das potências. Vários parâmetros são necessários para definir totalmente o modelo da densidade.

O comprimento de coerência o comprimento de penetração e a constante de relaxação temporal são determinados por teorias microscópicas. Outros parâmetros, como a densidade de corrente de nucleação, são escolhidos heuristicamente. Estudámos o efeito de variar esses parâmetros nas distribuições finais de campo magnético.