3D Modelling of the quench experiment of the sub-sized High Temperature Superconducting (HTS) cable developed by ENEA

La seguente Tesi Magistrale si concentra sullo sviluppo di un modello numerico 3D per studiare il fenomeno di quench in un cavo superconduttore ad alta temperatura (HTS) di dimensioni ridotte, progettato da ENEA per applicazioni nel campo della fusione nucleare. Lo studio affronta un complesso problema multifisico, combinando aspetti termici, elettromagnetici e fluidodinamici per ottimizzare la prevenzione e il rilevamento del quench nei cavi superconduttori. Dopo una panoramica sui principi della superconduttività, vengono introdotti parametri fondamentali come temperatura critica, corrente critica e campo magnetico critico, insieme a una descrizione dei Cable-in-Conduit Conductors (CICCs) e delle tecniche di raffreddamento criogenico, con particolare attenzione all’elio supercritico (SHe). Il quench viene analizzato nei suoi aspetti chiave, tra cui i meccanismi di innesco, la propagazione e l’influenza degli stress meccanici. Successivamente, la tesi presenta lo sviluppo del modello termo-idraulico, descrivendone le equazioni principali e le ipotesi necessarie per bilanciare accuratezza e fattibilità computazionale. Infine, viene integrato un modello elettromagnetico per una visione più completa della dinamica del quench. Le simulazioni numeriche, validate tramite studi di convergenza, esaminano l’interazione tra temperatura, distribuzione di corrente e riscaldamento resistivo. I risultati ottenuti forniscono nuove informazioni sul comportamento del quench nei cavi superconduttori, contribuendo al miglioramento delle tecniche di rilevamento e all’ottimizzazione degli approcci di modellazione numerica per future applicazioni nel settore della superconduttività.