IEC 61788-9:2005

Superconductivity - Part 9: Measurements for bulk high temperature superconductors - Trapped flux density of large grain oxide superconductors

Specifies a test method for the determination of the trapped field (trapped flux density) of bulk high temperature superconductors. This International Standard is applicable to large grain bulk oxide superconductors that have well defined shapes such as round discs, rectangular, and hexagonal pellets. The trapped flux density can be assessed at temperatures from 4,2 K to 90 K. For the purpose of standardization, the trapped flux density will be reported for liquid nitrogen temperature.

Supraconductivité - Partie 9: Mesures pour supraconducteurs haute température massifs - Densité de flux résiduel des oxydes supraconducteurs à gros grains

Spécifie une méthode d'essai pour la détermination du champ résiduel (densité de flux résiduel) des supraconducteurs haute température massifs. La présente Norme internationale s'applique aux oxydes supraconducteurs à gros grains ayant des formes bien définies telles que les disques et les pastilles rectangulaires et hexagonales. La densité de flux résiduel peut être déterminée pour des températures comprises entre 4,2 K et 90 K. Pour les besoins de la normalisation, la densité de flux résiduel sera consignée pour la température de l'azote liquide.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 20-Apr-2005
• ICS: 17.220.20 - Measurement of electrical and magnetic quantities
• ICS: 29.050 - Superconductivity and conducting materials
• Technical Committee: TC 90 - Superconductivity
• Drafting Committee: WG 10 - TC 90/WG 10
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 21-Apr-2005
• Completion Date: 31-Jul-2005

Standards Content (Sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61788-9
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2005-04
Supraconductivité –
Partie 9:
Mesures pour supraconducteurs
haute température massifs –
Densité de flux résiduel des oxydes
supraconducteurs à gros grains

Superconductivity –
Part 9:
Measurements for bulk high temperature
superconductors –
Trapped flux density of large grain
oxide superconductors
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61788-9:2005
Numérotation des publications Publication numbering
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sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
Informations supplémentaires Further information on IEC publications
sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
également disponibles par l’intermédiaire de: is also available from the following:
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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-
d’études ou date de publication. Des informations en line information is also available on recently
ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced
publications, les publications remplacées ou retirées, publications, as well as corrigenda.
ainsi que sur les corrigenda.
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61788-9
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2005-04
Supraconductivité –
Partie 9:
Mesures pour supraconducteurs
haute température massifs –
Densité de flux résiduel des oxydes
supraconducteurs à gros grains

Superconductivity –
Part 9:
Measurements for bulk high temperature
superconductors –
Trapped flux density of large grain
oxide superconductors
 IEC 2005 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
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R
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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– 2 – 61788-9  CEI:2005
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.4
INTRODUCTION.8

1 Domaine d’application .10
2 Références normatives.10
3 Termes et définitions .10
4 Principe.10
5 Exigences .14
6 Appareillage .16
7 Procédure de mesure .18
8 Précision et justesse de la méthode d’essai .18
9 Rapport d'essai .20

Annexe A (informative) Informations complémentaires relatives aux Articles 3 à 6.22
Annexe B (informative) Mesures de la force de lévitation des supraconducteurs haute
température massifs .28
Annexe C (informative) Rapport d’essai (exemple).34

Bibliographie.38

Figure 1 – Principe de la densité de flux résiduel dans un supraconducteur massif.12
Figure 2 – Vue schématique de l’installation expérimentale .14
Figure A.1 – Dépendance de l’épaisseur de la densité de flux résiduel (B ).22
z
Figure A.2 – Dépendance de l’entrefer du champ magnétique.26
Figure C.1 – Carte de distribution de densité de flux résiduel.36

61788-9  IEC:2005 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.9

1 Scope.11
2 Normative references .11
3 Terms and definitions .11
4 Principle .11
5 Requirements .15
6 Apparatus.17
7 Measurement procedure.19
8 Precision and accuracy of the test method.19
9 Test report.21

Annex A (informative) Additional information related to Clauses 3 to 6.23
Annex B (informative) Measurements for levitation force of bulk high temperature
superconductors .29
Annex C (informative) Test report (example).35

Bibliography.39

Figure 1 – Principle of trapped flux density in bulk superconductor .13
Figure 2 – Schematic view of the experimental set-up.15
Figure A.1 – Thickness dependence of the trapped flux density (B ).23
z
Figure A.2 – Gap dependence of the field strength .27
Figure C.1 – Distribution map of trapped flux density .37

– 4 – 61788-9  CEI:2005
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
__________
SUPRACONDUCTIVITÉ –
Partie 9: Mesures pour supraconducteurs haute température massifs –
Densité de flux résiduel des oxydes supraconducteurs à gros grains

AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61788-9 a été établie par le Comité d’Etudes 90 de la CEI:
Supraconductivité.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
90/167/FDIS 90/175/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
.
61788-9  IEC:2005 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
__________
SUPERCONDUCTIVITY –
Part 9: Measurements for bulk high temperature superconductors –
Trapped flux density of large grain oxide superconductors

FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61788-9 has been prepared by IEC technical committee 90:
Superconductivity.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
90/167/FDIS 90/175/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.

– 6 – 61788-9  CEI:2005
La CEI 61788 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Supra-
conductivité:
Partie 1: Mesure du courant critique − Courant critique continu de supraconducteurs en
composite Cu/Nb-Ti
Partie 2: Mesure du courant critique − Courant critique continu des supraconducteurs
composites Nb Sn
Partie 3: Mesure du courant critique − Courant critique continu des oxydes
supraconducteurs Bi-2212 et Bi-2223 avec gaine en argent
Partie 4: Mesure de la résistivité résiduelle − Taux de résistivité résiduelle des
supraconducteurs composites au Nb-Ti
Partie 5: Mesure du rapport volumique matrice/supraconducteurs − Rapport volumique
cuivre/supraconducteur des composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
Partie 6: Mesure des propriétés mécaniques − Test de tension à température ambiante des
composites supraconducteurs de Cu/Nb-Ti
Partie 7: Mesures des caractéristiques électroniques − Résistance de surface des
supraconducteurs aux hyperfréquences
Partie 8: Mesure des pertes en courant alternatif − Méthode de mesure par bobines de
détection des pertes totales en courant alternatif des fils composites
supraconducteurs de Cu/Nb-Ti exposés à un champ magnétique alternatif
transverse
Partie 9: Mesures pour supraconducteurs haute température massifs − Densité de flux
résiduel des oxydes supraconducteurs à gros grains
Partie 10: Mesure de la température critique − Température critique des composites
supraconducteurs Nb-Ti, Nb Sn ainsi que des oxydes supraconducteurs à base Bi
par une méthode par résistance
Partie 11: Mesure du rapport de résistance résiduelle − Rapport de résistance résiduelle des
supraconducteurs composites de Nb Sn
Partie 12: Mesure du rapport volumique matrice/supraconducteur − Rapport volumique
cuivre/non-cuivre des fils en composite supraconducteur Nb Sn
Partie 13: Mesure des pertes en courant alternatif − Méthodes de mesure par magnétomètre
des pertes par hystérésis dans les composites multifilamentaires de Cu/Nb-T

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
61788-9  IEC:2005 – 7 –
IEC 61788 consists of the following parts, under the general title Superconductivity:
Part 1: Critical current measurement – DC critical current of Cu/Nb-Ti composite super-
conductors
Part 2: Critical current measurement – DC critical current of Nb Sn composite super-
conductors
Part 3: Critical current measurement – DC critical current of Ag-sheathed Bi-2212 and
Bi-2223 oxide superconductors
Part 4: Residual resistance ratio measurement – Residual resistance ratio of Nb-Ti
composite superconductors
Part 5: Matrix to superconductor volume ratio measurement – Copper to superconductor
volume ratio of Cu/Nb-Ti composite superconductors
Part 6: Mechanical properties measurement – Room temperature tensile test of Cu/Nb-Ti
composite superconductors
Part 7: Electronic characteristic measurements – Surface resistance of superconductors at
microwave frequencies
Part 8: AC loss measurements – Total AC loss measurement of Cu/Nb-Ti composite
superconducting wires exposed to a transverse alternating magnetic field by a
pickup coil method
Part 9: Measurements for bulk high temperature superconductors – Trapped flux density of
large grain oxide superconductors
Part 10: Critical temperature measurement – Critical temperature of Nb-Ti, Nb Sn, and
Bi-system oxide composite superconductors by a resistance method
Part 11: Residual resistance ratio measurement – Residual resistance ratio of Nb Sn
composite superconductors
Part 12: Matrix to superconductor volume ratio measurement – Copper to non-copper
volume ratio of Nb Sn composite superconducting wires
Part 13: AC loss measurements – Magnetometer methods for hysteresis loss in Cu/Nb-Ti
multifilamentary composites
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 8 – 61788-9  CEI:2005
INTRODUCTION
Les supraconducteurs haute température massifs (BHTSC: Bulk High Temperature
Superconductors) à gros grains offrent bien des possibilités pour différentes applications
techniques, comme les paliers magnétiques, les systèmes de stockage d’énergie à volant, les
transports de charge, la lévitation, et les aimants à densité de flux résiduel. Les supra-
conducteurs à gros grains sont déjà mis sur le marché dans le monde entier.
Pour les applications industrielles des supraconducteurs massifs, il y a deux propriétés de
matériaux importantes. L’une est la force de lévitation, qui détermine le poids que peut
supporter un supraconducteur massif. L’autre est la densité de flux résiduel, qui détermine le
champ maximal que peut générer un supraconducteur massif. Il faut que les utilisateurs de
supraconducteurs massifs connaissent ces valeurs pour concevoir leurs dispositifs.
Cependant, ces valeurs sont fortement dépendantes de la méthode d’essai utilisée, et, par
conséquent, il est vraiment très important de mettre en place une norme internationale pour
déterminer ces valeurs à la fois pour les fabricants et les utilisateurs industriels de
supraconducteurs massifs.
La méthode d’essai traitée dans cette norme est basée sur le travail préparatoire à la
normalisation du VAMAS (Versailles Project on Advanced Materials and Standards) sur les
propriétés des supraconducteurs haute température massifs.

61788-9  IEC:2005 – 9 –
INTRODUCTION
Large grain bulk high temperature superconductors (BHTSC) have significant potential for a
variety of engineering applications, such as magnetic bearings, flywheel energy storage
systems, load transports, levitation, and trapped flux density magnets. Large grain
superconductors have already been brought to market worldwide.
For industrial applications of bulk superconductors, there are two important material
properties. One is the magnetic levitation force, which determines the tolerable weight
supported by a bulk superconductor. The other is the trapped flux density, which determines
the maximum field that a bulk superconductor can generate. The users of bulk
superconductors must know these values for the design of their devices. However, these
values are strongly dependent on the testing method, and therefore it is critically important to
set up an international standard for the determination of these values both for manufacturers
and industrial users.
The test method covered in this standard is based on the VAMAS (Versailles Project on
Advanced Materials and Standards) pre-standardization work on the properties of bulk high
temperature superconductors.
– 10 – 61788-9  CEI:2005
SUPRACONDUCTIVITÉ –
Partie 9: Mesures pour supraconducteurs haute température massifs –
Densité de flux résiduel des oxydes supraconducteurs à gros grains

1 Domaine d’application
La présente partie de la CEI 61788 spécifie une méthode d'essai pour la détermination du
champ résiduel (densité de flux résiduel) des supraconducteurs haute température massifs.
La présente Norme internationale s’applique aux oxydes supraconducteurs à gros grains
ayant des formes bien définies telles que les disques et les pastilles rectangulaires et
hexagonales. La densité de flux résiduel peut être déterminée pour des températures
comprises entre 4,2 K et 90 K. Pour les besoins de la normalisation, la densité de flux
résiduel sera consignée pour la température de l’azote liquide.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60050(815):2000, Vocabulaire Electrotechnique International (VEI) – Chapitre 815:

Supraconductivité
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans la
CEI 60050(815) ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
densité de flux résiduel
densité du flux magnétique (T) présent dans un supraconducteur haute température massif
(BHTSC) pour un entrefer donné et à une température donnée
3.2
valeur maximale de densité de flux résiduel
valeur crête de la densité de flux résiduel
NOTE Pour la plupart des mesures, seule la composante z de la densité de flux est mesurée, qui est fortement
altérée par la géométrie de l’échantillon ou l’effet démagnétisant (voir Article A.2). C’est pourquoi la densité de flux
totale, qui intègre toutes les composantes du champ, peut également être considérée comme la propriété des
matériaux pour établir leur densité de flux résiduel (voir Article A.1).
4 Principe
Les supraconducteurs qui présentent l’ancrage de flux sont capables de piéger les champs
magnétiques, comme indiqué à la Figure 1. Dans ce cas, le rotationnel du champ magnétique
interne (∇× B) dans le BHTSC est proportionnel à la densité de courant critique (J ), selon
c
l’équation suivante:
∇ × B = µ J
0 c
61788-9  IEC:2005 – 11 –
SUPERCONDUCTIVITY –
Part 9: Measurements for bulk high temperature superconductors –
Trapped flux density of large grain oxide superconductors

1 Scope
This part of IEC 61788 specifies a test method for the determination of the trapped field
(trapped flux density) of bulk high temperature superconductors.
This International Standard is applicable to large grain bulk oxide superconductors that have
well defined shapes such as round discs, rectangular, and hexagonal pellets. The trapped flux
density can be assessed at temperatures from 4,2 K to 90 K. For the purpose of
standardization, the trapped flux density will be reported for liquid nitrogen temperature.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.

IEC 60050(815):2000, International Electrotechnical Vocabulary – Part 815: Superconductivity
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in IEC 60050(815) and the
following apply.
3.1
trapped flux density
strength of the magnetic flux density (T) trapped by a bulk high temperature superconductor
(BHTSC) at a defined gap and at a defined temperature
3.2
maximum trapped flux density
peak value of the trapped flux density
NOTE For most measurements, only the z component of the flux density is measured, which is strongly affected
by the sample geometry or the demagnetizing effect (see Clause A.2). Thus the total flux density, which is the
integration of all the field components, may also be regarded as the materials property to stand for the trapped flux
density (see Clause A.1).
4 Principle
Superconductors that exhibit flux pinning are capable of trapping magnetic fields, as shown in
Figure 1. Here the internal magnetic flux density rotation (∇×B ) in the BHTSC is proportional
to the critical current density (J ), as expressed by the following equation:
c
∇× B=µ J
0 c
– 12 – 61788-9  CEI:2005
En unidimensionnel, l’équation se résume à
y
dB dx = µ J
z 0 c
en coordonnées orthonormées ou à
θ
dB dr = µ J
z 0 c
en coordonnées cylindriques.
La valeur maximale de densité de flux résiduel d’une composante z (B , ) d’un cylindre
z max
infini (2 R de diamètre) est donnée par l’équation suivante:
θ
B = µ J R
z,max 0 c
En pratique (avec les échantillons), cette valeur est réduite par l’effet démagnétisant ou par
l’effet de géométrie comme suit:
θ
B = D(R / t) µ J R
z,max 0 c
où D(R/t) est une constante géométrique qui dépend de la forme (rapport rayon/épaisseur) du
BHTSC.
B
z
y
dB /dx = J
z c
x
IEC  557/05
Figure 1 – Principe de la densité de flux résiduel dans un supraconducteur massif

61788-9  IEC:2005 – 13 –
In one dimension, the equation is reduced to
y
dB dx = µ J
z 0 c
in rectangular coordinates or to
θ
dB dr = µ J
z 0 c
in cylindrical coordinates.
The maximum value of the trapped flux density in the z component (B , ) in an infinite
z max
cylinder (2 R in diameter) is given by the following equation:
θ
B = µ J R
z,max 0 c
In practical samples, this value is reduced by the demagnetizing effect or the geometrical
effect as follows:
θ
B = D(R / t) µ J R
z,max 0 c
where D(R/t) is a geometrical constant that depends on the shape (the ratio of
radius/thickness) of the BHTSC.

B
z
y
dB /dx = J
z c
x
IEC  557/05
Figure 1 – Principle of trapped flux density in bulk superconductor

– 14 – 61788-9  CEI:2005
La Figure 2 est le schéma de l’installation expérimentale pour mesurer la densité de flux
)
résiduel [1] . Il existe plusieurs méthodes de mesure de la densité de flux résiduel des
BHTSC. La procédure de mesure suivante est typique. Premièrement, le champ est appliqué
au supraconducteur. Deuxièmement, un échantillon est fixé sur la tête froide d’un cryostat,
qui est refroidi jusqu’à la température attendue à l’aide d’un dispositif de refroidissement. Une
fois la température attendue atteinte, le champ extérieur est retiré. Ensuite, la distribution du
champ piégé par le BHTSC est mesurée, pour un entrefer donné, en balayant un capteur à
effet Hall à la surface de l’éprouvette. Cette technique est appelée méthode d’aimantation par
refroidissement en présence d’un champ.
z
Capteur à
effet Hall
x
Supraconducteur
Cryostat
y
x
Aimant supraconducteur
IEC  558/05
Figure 2 – Vue schématique de l’installation expérimentale
5 Exigences
Une fois le champ extérieur retiré, la densité de flux résiduel diminuera progressivement avec
le temps à partir de sa valeur initiale. Cela est dû au départ à l’écoulement de flux et ensuite
au fluage de flux (collectivement nommés relaxation de flux). Cette valeur de crête initiale ne
doit pas être utilisée dans la conception des machines.
Les valeurs de densité de flux résiduel sont celles qui sont mesurées après qu’une période
suffisamment longue se sera écoulée une fois l’installation du système de mesure effectuée.
La valeur de densité de flux résiduel doit être mesurée au moins 15 min après le retrait du
champ extérieur de l’éprouvette soumise à l’essai.
La précision attendue de cette méthode implique que le coefficient de variation dans
n’importe lequel des essais de comparaison doit être inférieur ou égal à 5 % pour les mesures
effectuées avec moins d’un mois d’intervalle [2].
Il relève de la responsabilité de l’utilisateur de la présente norme de consulter et d’établir les
pratiques de santé et de sécurité appropriées et de déterminer l’applicabilité des limitations
réglementaires avant de l’utiliser. Des précautions spécifiques sont données ci-dessous.
———————
)
Les chiffres entre crochets se réfèrent à la bibliographie.

61788-9  IEC:2005 – 15 –
Figure 2 shows a schematic diagram of the experimental set-up for trapped flux density
1)
measurements [1] . There are several ways to measure the trapped flux density of BHTSC.
A typical measurement procedure is as follows. Firstly, the field is applied on the
superconductor. Secondly, the sample is fixed on the cold head of a cryostat, which is cooled
to the target temperature by using a cooling device. After reaching the target temperature, the
external field is removed. The distribution of the field trapped by the BHTSC is then measured
by scanning a Hall sensor over the specimen surface at a defined gap. This is the so-called
field-cooled (FC) method of magnetization.
z
Hall sensor
x
Superconductor
Cryostat
y
x
Superconducting magnet
IEC  558/05
Figure 2 – Schematic view of the experimental set-up
5 Requirements
Upon removal of the external field, the trapped flux density will decay with time from its initial
value. This is due initially to flux flow and later to flux creep (collectively termed flux
relaxation). The initial peak value shall not be used for the design of machines.
The trapped flux density values are those measured after a sufficiently long time has passed
since the appropriate measurement conditions were reached. The trapped flux density values
shall be measured at least 15 min after the external field is removed from the specimen under
test.
The target precision of this method is that the coefficient of variation in any inter-comparison
test shall be 5 % or less for measurements performed within 1 month of each other [2].
It is the responsibility of the user of this standard to consult and establish appropriate safety
and health practices and to determine the applicability of regulatory limitations prior to use.
Specific precautionary statements are given below.
———————
1)
Figures in square brackets refer to the bibliography.

– 16 – 61788-9  CEI:2005
Des risques existent dans ce type de mesure. De très forts courants continus avec de très
faibles tensions ne représentent pas nécessairement un risque direct pour les personnes,
mais les puissants champs magnétiques piégés par les BHTSC peuvent poser problème.
Il est impératif d’isoler les champs magnétiques. L’énergie stockée dans les aimants
supraconducteurs qui est utilisée pour générer le champ magnétique peut également créer de
fortes impulsions de courant et/ou de tension ou déposer une grande quantité d’énergie
thermique dans les systèmes cryogéniques, ce qui accélère l’ébullition et créé même des
conditions explosives. Un contact direct de la peau avec des lignes de transfert de liquide
froid, des «dewars» de stockage ou des composants de l’appareillage peut causer sa
congélation immédiate, de même qu’un contact direct avec du cryogène renversé. Il est
impératif de respecter les précautions de sécurité pour manipuler les liquides cryogéniques.
6 Appareillage
6.1 Cryostat
Le cryostat doit inclure un support d’éprouvette de BHTSC et un réservoir de cryogène
liquéfié pour les mesures. D’autres dispositifs de refroidissement peuvent aussi être utilisés
pour contrôler la température des éprouvettes. Avant les mesures, l’éprouvette doit être
maintenue à la température de mesure pendant un temps suffisant pour permettre sa
thermalisation, car les éprouvettes de BHTSC à gros grains ayant une taille type (diamètre
supérieur à 3 cm) mettent beaucoup de temps à atteindre la température attendue. Le temps
d’attente recommandé peut être calculé en considérant la taille et le coefficient de
conductivité thermique du BHTSC. Pour un BHTSC à gros grains, la température a tendance
à augmenter pendant les mesures, c’est pourquoi la puissance du dispositif de
refroidissement doit être suffisante pour éviter la hausse de température de l’éprouvette.
6.2 L’aimant d’amorçage
En principe, tout aimant d’amorçage ou tout dispositif d’aimantation peut être utilisé tant que
la densité de flux résiduel est à saturation (voir l’Article A.3).
L’aimant d’amorçage doit avoir une zone de travail plus grande que le BHTSC. Le champ
généré par l’aimant requis pour amener à saturation la capacité de rétention de flux du
BHTSC est déterminé par le facteur de démagnétisation de l’échantillon (voir l’Article A.3). Si
le champ magnétique de l’aimant d’amorçage est suffisamment élevé, le champ appliqué ne
doit pas nécessairement être uniforme.
L’amorçage du champ d’impulsion n’est pas recommandé dans la normalisation car l’erreur
associée à ce procédé d’aimantation est très grande et les résultats ainsi obtenus sont
généralement non reproductibles.
6.3 Support du BHTSC
Pendant les mesures de densité de flux résiduel, de grandes forces électromagnétiques vont
agir sur le BHTSC. Ainsi, le BHTSC doit être solidement fixé sur le support, qui doit être non
magnétique et doit avoir une résistance mécanique suffisante pour supporter la force
électromagnétique. Le BHTSC doit être fixé sur le support, dans la plupart des cas avec des
matériaux qui durcissent quand la température baisse. Si l’uniformité du BHTSC est
suffisamment bonne quand l’axe c est aligné sur le champ extérieur, les mesures peuvent être
effectuées en plaçant le BHTSC sur un substrat non magnétique.
A cause d’une grande anisotropie, les courants induits circulent principalement dans la
branche a-b. Quand l’axe c n’est pas parallèle au champ extérieur, un grand couple agit sur le
BHTSC pour aligner l’axe c de l’éprouvette parallèlement à la direction du champ extérieur. Le
BHTSC s’inclinant souvent sous l’effet d’un tel couple, un support de couple supplémentaire
s’avère nécessaire.
61788-9  IEC:2005 – 17 –
Hazards exist in this type of measurement. Very large direct currents with very low voltages
do not necessarily provide a direct personal hazard, but strong magnetic fields trapped by the
BHTSC may cause the problem. It is imperative to shield magnetic fields. Also the energy
stored in the superconducting magnets commonly used for generating the magnetic field can
cause large current and/or voltage pulses, or deposit a large amount of thermal energy in the
cryogenic systems causing rapid boil-off or even explosive conditions. Direct contact of skin
with cold liquid transfer lines, storage dewars or apparatus components can cause immediate
freezing, as can direct contact with a spilled cryogen. It is imperative that safety precautions
for handling cryogenic liquids be observed.
6 Apparatus
6.1 Cryostat
The cryostat shall include a BHTSC specimen support and a liquefied cryogen reservoir for
the measurements. Other cooling devices can also be used for the temperature control of the
specimens. Before measurements, the specimen shall be held at the measured temperature
for a sufficient amount of time to cool, since large grain BHTSC specimens in typical size
(greater than 3 cm in diameter) require a long time for the entire body to reach the target
temperature. The recommended waiting time can be estimated by considering the size and
thermal conductivity coefficient of the BHTSC. For a large grain BHTSC, the temperature
tends to increase during the measurements, so the power of the cooling device shall be large
enough to avoid a temperature rise of the specimen.
6.2 Activation magnet
In principle, any activation magnet or a magnetizing device can be used as long as the
trapped flux density is saturated (see Clause A.3).
The activation magnet shall have a working area larger than the dimension of BHTSC. The
magnetizing field required to saturate the field trapping ability of BHTSC is determined by the
demagnetizing factor of the sample (see Clause A.3). If the field strength of the activation
magnet is high enough, the applied field does not need to be uniform.
Pulse field activation is not recommended for standardization, since the error associated with
this magnetization process is very large and its results are generally non-reproducible.
6.3 Support of BHTSC
During trapped flux density measurements, large electromagnetic forces will act on the
BHTSC. Therefore, the BHTSC shall be firmly fixed to the support, which shall be non-
magnetic and have a high enough mechanical strength to withstand the electromagnetic force.
The BHTSC shall be fixed to the support, in most cases, with materials that harden at low
temperatures. If the uniformity of the BHTSC is sufficiently good with the c-axis aligned to the
external field, the measurements can be performed by simply placing the BHTSC on a non-
magnetic substrate.
Due to the large anisotropy, induced currents mainly flow within the a-b plane. When the
c-axis is not parallel to the external field, a large torque acts on the BHTSC so as to align the
c-axis of the specimen parallel to the direction of external field. The BHTSC often tilts with
such torque force that an extra support is necessary to withstand the torque.

– 18 – 61788-9  CEI:2005
Une grande force électromagnétique agit sur le BHTSC pendant les mesures, ce qui entraîne
parfois sa fracture. Les BHTSC, matériaux céramiques, sont intrinsèquement fragiles; de plus,
ils contiennent une grande quantité de pores et crevasses, ce qui détériore les propr
...