Quench (Supraleitung)

Unter Quench (engl.: to quench: abfangen, löschen, tilgen) versteht man den plötzlichen Übergang eines Supraleiters vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand. Hierbei entsteht sehr viel Wärme, was in seltenen Fällen bis zur Zerstörung des Supraleiters führen kann. Das dabei verdampfende Kühlmittel kann durch den entstehenden Überdruck das Kryostatgefäß sprengen.

Besonders gefährlich ist der Quench bei supraleitenden Spulen, da dort die gesamte Feldenergie beim Zusammenbruch der Supraleitung in Wärme umgesetzt wird.

Der Quench kann mehrere Ursachen haben:

1. Lösen sich ganze Flussbündel eines Typ-II-Supraleiters aufgrund von Temperaturschwankungen oder Erschütterungen von ihren Haftzentren, wandern sie aufgrund der Lorentzkraft mit hoher Geschwindigkeit durch den Supraleiter. Diese Bewegung und der damit einhergehende Übergang zur Normalleitung innerhalb der Flussbündel führt zu einer großen Wärmeentwicklung. Dies wiederum führt zu einer Ausweitung der normalleitenden Zone, was zu einer weiteren Aufheizung führt. Dabei verdampft das Kühlmittel und die Spule geht sehr schnell vollständig in Normalleitung über.
2. Ein Ausfall der Kühlung führt ebenfalls zum Quenchen, sobald die kritische Temperatur überschritten wird.
3. Speziell beim Laden supraleitender Magneten werden große Kräfte auf die Spule ausgeübt. Dies führt zu einer tonnenförmigen Verbiegung der gesamten Spule, bei der sich mitunter einzelne Drähte sprungartig bewegen. Bei dieser Bewegung im Magnetfeld wird auch im normalleitenden Kupferisolator ein Stromfluss und damit eine Wärmeentwicklung induziert.

Durch die Beschichtung des Supraleiters mit einer niederohmigen Normalleiterschicht können die negativen Folgen verhindert werden: Tritt bereichsweise Normalleitung auf, wird durch die niederohmige Schicht ein Kurzschluss erzeugt. Die Erwärmung wird verlangsamt.

Ist das Kühlsystem darauf ausgelegt, diese zusätzliche Erwärmung abzuführen, kann der Supraleiter wieder in den Ausgangszustand zurückkehren.