Tutkijatohtori korkean lämpötilan suprajohtimien quench-suojauksen monifysiikkamallinnukseen

SmartHiTS-hanke | YBCO-johdinarkkitehtuuri, FEM-simulointi ja ennakoiva suunnittelu

Fysiikan ja tähtitieteen laitos hakee määräaikaista tutkijatohtoria Suomen Akatemian rahoittamaan Smart Self-Protecting High-Temperature Superconducting Wires (SmartHiTS) -hankkeeseen. Tutkija kehittää elementtimenetelmä- ja monifysiikkamalleja luontaisesti turvallisempien korkean lämpötilan suprajohteiden ja -kelojen suunnittelun tueksi.

Työsuhde on kahden vuoden määräaikainen tehtävä, mikä vastaa hankkeen pääasiallisten mallinnustehtävien arvioitua kestoa. Tehtävä alkaa mahdollisimman pian tai sopimuksen mukaan.

SmartHiTS-hanke

Korkean lämpötilan suprajohteet, kuten YBa₂Cu₃O₇₋δ (YBCO), mahdollistavat kompaktit ja energiatehokkaat magneetit fuusioreaktoreihin, hiukkaskiihdyttimiin, magneettikuvaukseen ja energian varastointijärjestelmiin. Suprajohtavuuden äkillinen menetys (quench) voi kuitenkin aiheuttaa nopeaa ylikuumenemista ja kelan vakavan vaurioitumisen. SmartHiTS-hankkeessa kehitetään itseään suojaavia YBCO-nauhoja, joiden mikrorakenne ja johdinarkkitehtuuri suunnitellaan hallitsemaan ja lieventämään quench-ilmiötä.

Hanke yhdistää mikroskooppiset materiaaliominaisuudet makroskooppiseen quench-dynamiikkaan ohutkalvokasvatuksen, edistyneen karakterisoinnin, kryogeenisten mittausten, monifysiikkamallinnuksen ja prototyyppien validoinnin avulla. Hankkeessa tutkitaan erilaisia YBCO-mikrorakenteita ja virranjakorakenteita (current diverters), kehitetään ennustavia FEM- ja koneoppimiseen perustuvia sijaismalleja sekä tuetaan prototyyppinauhojen skaalausta yhteistyökumppaneiden kanssa.

Tehtävä ja tutkimuksen painopiste

Tutkijatohtori vastaa hankkeen FEM- ja monifysiikkasimulaatioista tiiviissä yhteistyössä kokeellisten tutkijoiden kanssa. Tavoitteena on kehittää ja validoida malleja, jotka osoittavat, miten materiaaliominaisuudet, rajapinnat ja johdinarkkitehtuurit vaikuttavat quench-ilmiön käynnistymiseen, virran uudelleenjakautumiseen, lämmön etenemiseen ja suojauksen toimin