專利名稱：具有集成磁場突變保護(hù)的超導(dǎo)磁體低溫恒溫器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體低溫恒溫器，特別涉及在失超時(shí)對(duì)雜散磁場大小的控制。
背景技術(shù)：
大型超導(dǎo)磁體在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用越來越普遍，例如核磁共振(NMR)光譜儀、磁共振成像(MRI)掃描儀。這樣的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大型磁場，在包含有對(duì)磁場反應(yīng)靈敏的科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的環(huán)境中，需要對(duì)這些大型磁場加以嚴(yán)格控制。
磁體工作區(qū)域周圍的磁場稱為雜散磁場。MRI掃描儀主要在醫(yī)院應(yīng)用，而在醫(yī)院中出現(xiàn)帶有醫(yī)療植體的人的可能性很大，因此，對(duì)MRI掃描儀周圍的雜散磁場的控制就尤為重要。由于一個(gè)相對(duì)較弱的磁場都能夠?qū)е履承┲搀w出現(xiàn)故障，所以與雜散磁場有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)更大。行業(yè)公約定義了5高斯輪廓，這是磁場B的大小等于5×10-4特斯拉(5高斯)的雜散磁場表面。
當(dāng)前的超導(dǎo)磁體具有內(nèi)置的屏蔽線圈，這些屏蔽線圈在正常工作時(shí)能夠?qū)㈦s散磁場約束在一個(gè)軸對(duì)稱的近似橢圓體的范圍內(nèi)。對(duì)于典型的MRI磁體而言，該橢圓體沿磁體軸線的半軸長度約為4m，半徑約為2.5m。
超導(dǎo)磁體在工作時(shí)可能會(huì)失超。失超是一種溫度升高而導(dǎo)致超導(dǎo)磁體進(jìn)入正常導(dǎo)電態(tài)的過程。這個(gè)過程可能會(huì)持續(xù)幾秒，在該過程中電流崩塌而引起磁場變化。而變化的磁場又會(huì)在磁體支架及低溫恒溫器中感應(yīng)出渦電流，且屏蔽線圈無法消除這些渦電流。這又可能會(huì)進(jìn)一步致使磁場擴(kuò)展到其最初的范圍之外。
申請(qǐng)人的專利EP0468415描述了一種被稱之為“失超帶”(quenchbands)的應(yīng)用，它用來抵消這些渦電流的效應(yīng)。
這些失超帶是銅帶，通常厚3mm，并由RRR值約為100的純銅制成。失超帶安裝在屏蔽線圈外部，以提供緊密磁耦合。
然而，失超帶價(jià)格昂貴。而且，失超帶中的感應(yīng)渦電流與磁場之間產(chǎn)生的洛倫茲力往往會(huì)將失超帶“裹(wrap)”到屏蔽線圈上。這將引起銅的非彈性變形和硬化，而這又會(huì)降低銅的電導(dǎo)率，并影響失超帶的效用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種方法來限制與安裝在管狀支架上的軸對(duì)稱超導(dǎo)磁體相關(guān)的雜散磁場的范圍，該方法包括如隨后的權(quán)利要求1所述的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種超導(dǎo)磁體組件包括如隨后的權(quán)利要求16所述的特征。
接下來參考附圖以非限定性示例的方式來描述本發(fā)明。


圖1示出了按照本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的穿過超導(dǎo)磁體的局部剖視圖；圖2示出了按照本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的由超導(dǎo)磁體失超引起的5×10-4特斯拉(5高斯)輪廓(隨時(shí)間推移計(jì)算出的)序列。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，指示了該組件的假想軸線10以供參考。該設(shè)備的局部橫截面如圖所示，整個(gè)組件是關(guān)于該軸線10對(duì)稱的。該設(shè)備包括一軸對(duì)稱超導(dǎo)磁體，該軸對(duì)稱超導(dǎo)磁體帶有管狀內(nèi)側(cè)支架1和熱屏蔽孔管2，該熱屏蔽孔管2定位在該支架1的徑向內(nèi)側(cè)，也就是說，支架1和孔管2繞軸線10布置，且孔管2的半徑小于支架1的半徑。超導(dǎo)線圈7纏繞在該支架1上，管狀屏蔽線圈支架4沿徑向定位于該線圈7的外側(cè)。屏蔽線圈5纏繞在支架4上，熱屏蔽外管3沿徑向定位在屏蔽線圈5的外側(cè)。
氦封殼8保持了線圈5和7周圍的氦包層，以便為這些線圈保持約4K的典型工作溫度。壁11與孔管2、外管3一起形成一內(nèi)真空容器。通過抽空該內(nèi)真空容器與外真空容器6之間的區(qū)域9，以幫助保持線圈5和線圈7周圍的低溫。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，熱屏蔽孔管2的周向電導(dǎo)顯著低于熱屏蔽外管3的周向電導(dǎo)，也就是說，熱屏蔽孔管2將對(duì)在繞軸線10的周向路徑上流動(dòng)的電流產(chǎn)生更大的電阻。
該內(nèi)側(cè)支架1由絕緣材料或具有低電導(dǎo)率的材料制成。術(shù)語“低電導(dǎo)率”應(yīng)按其在超導(dǎo)系統(tǒng)中的含義來解釋。在超導(dǎo)系統(tǒng)中，具有低電導(dǎo)率的材料示例就是在溫度T＝4.2K時(shí)電導(dǎo)率為4.85×109西門子/米的銅。
此外，熱屏蔽孔管2的周向電導(dǎo)顯著低于熱屏蔽外管3的周向電導(dǎo)，也就是說，熱屏蔽孔管2將對(duì)在繞軸線10的周向路徑上流動(dòng)的電流產(chǎn)生更大的電阻。
低周向電導(dǎo)可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)在熱屏蔽孔管2上形成軸向裂縫(即在管中形成與軸線10平行的裂縫)以降低電導(dǎo)，或者，形成熱屏蔽孔管2所用的材料的電導(dǎo)率顯著低于熱屏蔽外管3的電導(dǎo)率。
優(yōu)選地，中央孔管2的周向電導(dǎo)低于外管3周向電導(dǎo)的1/2。更優(yōu)選地，孔管2的周向電導(dǎo)低于外管3周向電導(dǎo)的1/5。
此外，屏蔽線圈支架4所用材料的電導(dǎo)率顯著高于孔管2所用材料的電導(dǎo)率。典型地，形成該支架4的材料的電導(dǎo)率可以相似于外管3材料的電導(dǎo)率。
應(yīng)當(dāng)注意，此處所說的電導(dǎo)和電導(dǎo)率是指該系統(tǒng)中各部件和材料處于其工作溫度時(shí)的電導(dǎo)和電導(dǎo)率。
在一具體實(shí)施例中，氦封殼8所用材料的電導(dǎo)率低于外管3。氦封殼8的合適材料可以是不銹鋼。
示例圖2顯示了對(duì)一MRI磁體進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的結(jié)果，該磁體具有用鋁合金Al6082制成的屏蔽線圈支架(圖1中標(biāo)記為4)，用Al5083制成的屏蔽孔管(圖1中標(biāo)記為2)，和用Al5083制成的熱屏蔽外管(圖1中標(biāo)記為3)。
在正常工作期間，最大的輪廓對(duì)應(yīng)于5×10-4特斯拉輪廓。在相繼的各個(gè)時(shí)刻下(按0.2秒間隔計(jì)算)的5×10-4特斯拉輪廓是在半徑為2.5m、半長為4m的范圍內(nèi)。
表2 表示各種金屬合金的電導(dǎo)率。

Al 5083、LM25和LM27可用于制作磁體支架。Al6082可用于制作屏蔽線圈支架。
權(quán)利要求
1.一種限制與安裝在管狀支架上的軸對(duì)稱超導(dǎo)磁體相關(guān)的雜散磁場范圍的方法，包括將部件定位在該磁體徑向內(nèi)側(cè)以及將部件定位在該磁體徑向外側(cè)的步驟，其中，所述定位于該超導(dǎo)磁體徑向內(nèi)側(cè)的部件具有比所述定位于該超導(dǎo)磁體徑向外側(cè)的部件顯著更低的周向電導(dǎo)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在沿超導(dǎo)磁體軸線的半軸長度為4m且半徑為2.5m的橢圓體范圍內(nèi)，所述雜散磁場被限制成小于5×10-4特斯拉。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括步驟將一熱屏蔽孔管定位在該磁體的徑向內(nèi)側(cè)，將一熱屏蔽外管定位在該磁體的徑向外側(cè)，所述熱屏蔽孔管具有比所述熱屏蔽外管顯著更低的周向電導(dǎo)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的1/2。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的1/5。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的百分之五。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括步驟將超導(dǎo)磁體纏繞在一內(nèi)側(cè)支架上，所述支架由絕緣材料或具有低電導(dǎo)率的材料制成。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由溫度為4.2K時(shí)電導(dǎo)率小于120MS/m的材料制成。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由LM25制成。
10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由溫度為4.2K時(shí)電導(dǎo)率小于50MS/m的材料制成。
11.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由LM27制成。
12.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
13.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括步驟在所述超導(dǎo)線圈的徑向外側(cè)定位一屏蔽線圈支架，所述屏蔽線圈支架由電導(dǎo)率顯著高于所述熱屏蔽孔管的材料制成。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述屏蔽線圈支架由Al 6082制成，所述熱屏蔽孔管由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括步驟布置一不銹鋼封殼，以保持超導(dǎo)磁體周圍的流體包層。
16.一種軸對(duì)稱超導(dǎo)磁體組件，其具有定位在超導(dǎo)線圈的徑向內(nèi)側(cè)的熱屏蔽孔管以及定位在該超導(dǎo)線圈的徑向外側(cè)的熱屏蔽外管；其中，所述熱屏蔽孔管由電導(dǎo)率顯著低于所述熱屏蔽外管的材料制成。
17.按照權(quán)利要求16所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的1/2。
18.按照權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的1/5。
19.按照權(quán)利要求18所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導(dǎo)小于所述熱屏蔽外管的周向電導(dǎo)的百分之五。
20.按照權(quán)利要求19所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，超導(dǎo)磁體纏繞在一管狀內(nèi)側(cè)支架上，所述支架由絕緣材料或具有低電導(dǎo)率的材料制成。
21.按照權(quán)利要求20所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由溫度為4.2K時(shí)電導(dǎo)率小于120MS/m的材料制成。
22.按照權(quán)利要求21所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由LM25制成。
23.按照權(quán)利要求21所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由溫度為4.2K時(shí)電導(dǎo)率小于50MS/m的材料制成。
24.按照權(quán)利要求23所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由LM27制成。
25.按照權(quán)利要求20所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述管狀內(nèi)側(cè)支架由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
26.按照權(quán)利要求20所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，還包括纏繞在一屏蔽線圈支架上的屏蔽線圈，所述屏蔽線圈支架沿徑向定位在該超導(dǎo)線圈的外側(cè)，且所述屏蔽線圈支架由電導(dǎo)率顯著高于所述熱屏蔽孔管的材料制成。
27.按照權(quán)利要求26所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，所述屏蔽線圈支架由Al 6082制成，所述熱屏蔽孔管由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
28.按照權(quán)利要求20所述的超導(dǎo)磁體組件，其特征在于，具有一封殼，其布置成保持超導(dǎo)線圈和屏蔽線圈周圍的流體包層，所述封殼由不銹鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有集成磁場突變保護(hù)的超導(dǎo)磁體低溫恒溫器。當(dāng)系統(tǒng)中各組件選用的材料具有適合的相對(duì)電導(dǎo)率時(shí)，可以提供針對(duì)雜散磁場的保護(hù)，特別是針對(duì)與磁體失超相關(guān)的雜散磁場的保護(hù)。
文檔編號(hào)G01R33/421GK101063709SQ200710002049
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月18日
發(fā)明者G·吉爾格拉斯, M·J·M·克瑞普 申請(qǐng)人:西門子磁體技術(shù)有限公司