本發(fā)明屬于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫超導(dǎo)磁體。

背景技術(shù)：

低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)可提供高穩(wěn)定度、高均勻度、高場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)，是高性能MRI(高性能醫(yī)療用核磁共振成像儀)等相關(guān)裝置的首選磁體系統(tǒng)。低溫超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)線繞組通常需要溫度很低的工作環(huán)境。通常，該低溫工作環(huán)境采用一個(gè)內(nèi)充低溫液體(通常為液態(tài)氦)的容器提供，超導(dǎo)線繞組浸泡在其中。由于低溫液體尤其是液氦價(jià)格昂貴，為了減少低溫液體汽化、蒸發(fā)導(dǎo)致的損耗，通常使用制冷機(jī)進(jìn)行冷卻。

用于上述用途的一些類(lèi)型的制冷機(jī)，例如GM型制冷機(jī)，在其回?zé)崞髦泻写判圆牧稀Ｔ谥评錂C(jī)工作時(shí)，該磁性材料做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生頻率為1-1.2Hz的甚低頻電磁干擾。這種電磁干擾作用于磁體系統(tǒng)的工作磁場(chǎng)，結(jié)果將導(dǎo)致工作磁場(chǎng)的均勻性和穩(wěn)定性降低，對(duì)于MRI磁體系統(tǒng)而言，將降低MRI系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

目前，為了屏蔽上面提到的甚低頻電磁干擾，一般采取屏蔽結(jié)構(gòu)或屏蔽裝置?，F(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽機(jī)構(gòu)要么屏蔽效果差，要么屏蔽結(jié)構(gòu)涉及復(fù)雜，使用成本高。

其中，MRI磁體漏熱也是現(xiàn)有技術(shù)中主要存在的問(wèn)題，一般采用真空杜瓦包裹超導(dǎo)線圈以減少漏熱，杜瓦為多層杜瓦層包裹液氦的結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層的杜瓦包裹浸于液氦中的超導(dǎo)線圈，溫度較低，約為4.2K，杜瓦最外層裸露于空氣中，溫度為常溫，在內(nèi)、外杜瓦層之間開(kāi)設(shè)置有一層冷屏，冷屏根據(jù)具體設(shè)計(jì)可以控制到40K，也可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)控制為50K或60K。杜瓦的內(nèi)外各層間溫差較大，必然存在磁體漏熱的情況。杜瓦內(nèi)部具有一些必要的連接各層杜瓦的層間連接件，由于各層間具有溫度差，層間連接件上存在溫度梯度，使得熱量通過(guò)層間連接件向低溫杜瓦層傳導(dǎo)，增加其熱負(fù)載。如果磁體的漏熱量較大，就需要提高制冷功率或被動(dòng)的通過(guò)液氦揮發(fā)來(lái)保證超導(dǎo)線圈的低溫運(yùn)行環(huán)境，這兩種情況都會(huì)使設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)成本升高。

因此，如何改變各層杜瓦之間的層間連接件的溫度梯度，減少漏熱量，降低所需制冷功率和液氦揮發(fā)率，以便降低設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)的成本，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種低溫超導(dǎo)磁體，既能夠?qū)崿F(xiàn)超導(dǎo)磁體工作環(huán)境的溫度，又能夠減少超導(dǎo)磁體的漏熱，提高了使用質(zhì)量，降低了使用成本。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種低溫超導(dǎo)磁體，包括內(nèi)充液氦的杜瓦容器、位于杜瓦容器內(nèi)的超導(dǎo)繞組和至少部分位于杜瓦容器中的具有磁性材料的制冷機(jī)，所述杜瓦容器包括內(nèi)殼體、設(shè)置在內(nèi)殼體外部的外殼體以及設(shè)置在內(nèi)殼體和外殼體之間的冷屏，所述制冷機(jī)部分地設(shè)置在外殼體與內(nèi)殼體之間，其特征在于，還包括圍繞制冷機(jī)中磁性材料運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)置的磁屏蔽罩，所述磁屏蔽罩至少具有中間存在間隙的兩層屏蔽體。

優(yōu)選地，所述杜瓦容器還包括用于連接內(nèi)殼體和外殼體的多個(gè)連接件。

優(yōu)選地，所述杜瓦容器還包括連接冷屏和每個(gè)連接件的導(dǎo)冷帶。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)冷帶連接到連接件的溫度節(jié)點(diǎn)上。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)冷帶通過(guò)設(shè)置在導(dǎo)冷帶兩端的導(dǎo)冷鼻分別固定在冷屏和連接件的溫度節(jié)點(diǎn)上。

優(yōu)選地，所述制冷機(jī)的第一冷卻級(jí)與冷屏接觸，第二冷卻級(jí)連接于杜瓦容器內(nèi)殼體上的冷凝器。

優(yōu)選地，磁屏蔽罩的屏蔽體采用導(dǎo)電性材料或?qū)Т判圆牧现瞥伞?/p>

優(yōu)選地，相鄰的兩層屏蔽體之間由絕緣材料制成的支撐件連接。

優(yōu)選地，屏蔽體通過(guò)由導(dǎo)熱性良好的絕緣材料制成的固定件固定到杜瓦容器的內(nèi)殼體上并熱連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)該低溫超導(dǎo)磁體的磁屏蔽罩采用多層屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效地降低制冷機(jī)內(nèi)的磁性材料對(duì)超導(dǎo)磁體的干擾；

2)該低溫超導(dǎo)磁體的杜瓦容器具有連接冷屏與連接件的導(dǎo)冷帶，所述導(dǎo)冷帶能夠降低連接件的溫度梯度，減少冷屏向內(nèi)殼體漏熱，進(jìn)而降低了制冷機(jī)的負(fù)載，降低了使用成本。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)圖

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的屏蔽裝置的放大圖

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的連接件和導(dǎo)冷帶的放大圖

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見(jiàn)的變型。

如圖1所示的一種低溫超導(dǎo)磁體，包括內(nèi)充液氦的杜瓦容器和位于杜瓦容器內(nèi)的超導(dǎo)繞組16，所述杜瓦容器包括內(nèi)殼體1、設(shè)置在內(nèi)殼體1外部的外殼體3以及設(shè)置在內(nèi)殼體1和外殼體3之間的冷屏2，并且內(nèi)殼體1和外殼體3之間為真空夾層。具體，外殼體3設(shè)計(jì)為300K，冷屏為40K。

制冷機(jī)8安裝在杜瓦容器真空夾層內(nèi)的低溫頸管4和高溫頸管7中，在低溫頸管4的外側(cè)環(huán)繞有磁屏蔽罩6，所述磁屏蔽罩6用以屏蔽制冷機(jī)8中的磁性材料10的磁性進(jìn)而避免磁性材料10的磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)繞組16產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。

具體地，上述制冷機(jī)8是一種GM型兩級(jí)制冷機(jī)，該制冷機(jī)8的第一級(jí)冷卻級(jí)9冷卻冷屏2，第二級(jí)冷卻級(jí)11冷卻連接于杜瓦容器內(nèi)殼體1上的冷凝器12，從而使已蒸發(fā)的氦氣體重新凝結(jié)成液態(tài)滴回。正常工作狀態(tài)下，制冷機(jī)8的第二級(jí)的回?zé)崞髦械拇判圆牧?0處在磁體系統(tǒng)產(chǎn)生的工作磁場(chǎng)中，并做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生一個(gè)頻率f為1-1.2Hz的甚低頻電磁波。該甚低頻電磁波會(huì)對(duì)磁體系統(tǒng)的工作磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾，影響MRI的成像質(zhì)量。

如圖2所示，本實(shí)施例中磁屏蔽罩6的屏蔽體13呈圓筒形，由高純度導(dǎo)電性材料或?qū)Т判圆牧现瞥?，采用套裝在一起的3層結(jié)構(gòu)，圍繞低溫頸管4設(shè)置且保持不接觸。相鄰的兩層屏蔽體13之間可以由絕緣材料制成的支撐件14連接，以保證每層屏蔽體13之間相互電絕緣并保持適當(dāng)間隙。屏蔽體13通過(guò)由導(dǎo)熱性良好的絕緣材料，例如氮化硅制成的固定件15固定到杜瓦容器的4K內(nèi)殼體1上并熱連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽體13的冷卻，以獲得高的電導(dǎo)率h，并且不破壞多層屏蔽體13間的電絕緣。該屏蔽體13可以是一個(gè)單部件多層圓筒形結(jié)構(gòu)，在實(shí)踐中，還可以將該屏蔽體分割成兩個(gè)或幾個(gè)部件來(lái)提供，安裝時(shí)再將各部件組裝成一個(gè)完整的圓筒形結(jié)構(gòu)，這樣，該屏蔽結(jié)構(gòu)的安裝將變得更加方便和容易。

如圖1和圖2所示，為保證屏蔽效果，該屏蔽體13的長(zhǎng)度沿著低溫頸管4向上方盡量延伸，以不接觸制冷機(jī)8的第一級(jí)熱站5(較高溫度區(qū))為限。由于該屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)置在低溫頸管4外側(cè)的杜瓦容器真空夾層內(nèi)，并且不與較高溫度區(qū)相連接，所以它不會(huì)帶來(lái)高低溫區(qū)之間的固體熱傳導(dǎo)損耗。另外，由于不與制冷機(jī)8發(fā)生機(jī)械連接，也不影響制冷機(jī)8的拆裝操作。

所述杜瓦容器還包括設(shè)置在所述內(nèi)殼體1和外殼體3之間并將內(nèi)殼體1和外殼體3連接的連接件17，所述連接件17穿過(guò)冷屏2，其可以為管狀的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述杜瓦容器還包括一端連接冷屏2、另一端連接連接件17的導(dǎo)冷帶18，并且導(dǎo)冷帶18在連接件17上的連接位置介于冷屏2與外殼體3之間，該連接位置稱(chēng)為溫度節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)冷帶18采用良好的導(dǎo)熱材料制成。在使用時(shí)，由于外殼體3的溫度與內(nèi)殼體1的溫度相差較大，通過(guò)采用導(dǎo)冷帶18能夠使連接件17的溫度節(jié)點(diǎn)的溫度與冷屏2的溫度大致相同，即降低了連接件17的溫度節(jié)點(diǎn)的溫度，從而改變連接件17的溫度梯度，減少冷屏2向內(nèi)殼體1的漏熱量，降低了設(shè)備正常運(yùn)行所需制冷功率的同時(shí)降低了液氦揮發(fā)率，從而降低了設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本。

在實(shí)際安裝過(guò)程中，連接件17上的溫度節(jié)點(diǎn)的選取非常重要，通常需要經(jīng)漏熱計(jì)算和軟件模擬在連接件17上找出一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)這個(gè)點(diǎn)與冷屏2的溫度相同時(shí)冷屏2與內(nèi)殼體1通過(guò)連接件17的固體傳導(dǎo)漏熱量最小，即選取這個(gè)點(diǎn)為溫度節(jié)點(diǎn)。通過(guò)導(dǎo)冷帶18將連接件17的溫度節(jié)點(diǎn)與冷屏2導(dǎo)溫連接，使兩者溫度基本相同，促使連接件17的溫度梯度改變，進(jìn)而降低冷屏2到內(nèi)殼體1的漏熱量。

在本實(shí)施例中，導(dǎo)冷帶18的導(dǎo)冷截面積的選取也是需要經(jīng)過(guò)計(jì)算得出的。在具體應(yīng)用中，根據(jù)導(dǎo)冷帶18選取的材料性能及安裝位置經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算，在節(jié)省材料的前提下計(jì)算出導(dǎo)冷帶18的導(dǎo)冷截面積。

為了提高導(dǎo)冷效果的同時(shí)降低裝置成本，本實(shí)施例中，選取價(jià)格相對(duì)便宜且導(dǎo)溫效果較好的銅材料做導(dǎo)冷帶18。

所述導(dǎo)冷帶18可以通過(guò)焊接或者捆綁的方式固定在冷屏2上，也可以在導(dǎo)冷帶18的兩端各設(shè)置一導(dǎo)冷鼻通過(guò)螺栓分別固定在冷屏2和連接件17上。

并且，在整個(gè)杜瓦容器中，連接件17的數(shù)量和形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。