專利名稱：具有集成磁場突變保護的超導磁體低溫恒溫器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超導磁體低溫恒溫器，特別涉及在失超時對雜散磁場大小的控制。
背景技術：
大型超導磁體在醫(yī)療設備中的應用越來越普遍，例如核磁共振(NMR)光譜儀、磁共振成像(MRI)掃描儀。這樣的設備會產生大型磁場，在包含有對磁場反應靈敏的科學和醫(yī)療設備的環(huán)境中，需要對這些大型磁場加以嚴格控制。
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MRI掃描儀周圍的雜散磁場的控制就尤為重要。由于一個相對較弱的磁場都能夠導致某些植體出現(xiàn)故障，所以與雜散磁場有關的風險更大。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。
當前的超導磁體具有內置的屏蔽線圈，這些屏蔽線圈在正常工作時能夠將雜散磁場約束在一個軸對稱的近似橢圓體的范圍內。對于典型的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。
超導磁體在工作時可能會失超。失超是一種溫度升高而導致超導磁體進入正常導電態(tài)的過程。這個過程可能會持續(xù)幾秒，在該過程中電流崩塌而引起磁場變化。而變化的磁場又會在磁體支架及低溫恒溫器中感應出渦電流，且屏蔽線圈無法消除這些渦電流。這又可能會進一步致使磁場擴展到其最初的范圍之外。
申請人的專利EP0468415描述了一種被稱之為“失超帶”(quenchbands)的應用，它用來抵消這些渦電流的效應。
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，失超帶價格昂貴。而且，失超帶中的感應渦電流與磁場之間產生的洛倫茲力往往會將失超帶“裹(wrap)”到屏蔽線圈上。這將引起銅的非彈性變形和硬化，而這又會降低銅的電導率，并影響失超帶的效用。
發(fā)明內容
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稱超導磁體相關的雜散磁場的范圍，該方法包括如隨后的權利要求1所述的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種超導磁體組件包括如隨后的權利要求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)明一個具體實施例的穿過超導磁體的局部剖視圖；圖2示出了按照本發(fā)明一個具體實施例的由超導磁體失超引起的5×10-4特斯拉(5高斯)輪廓(隨時間推移計算出的)序列。
具體實施例方式
參見圖1，指示了該組件的假想軸線10以供參考。該設備的局部橫截面如圖所示，整個組件是關于該軸線10對稱的。該設備包括一軸對稱超導磁體，該軸對稱超導磁體帶有管狀內側支架1和熱屏蔽孔管2，該熱屏蔽孔管2定位在該支架1的徑向內側，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。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。
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3一起形成一內真空容器。通過抽空該內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)明的一個具體實施例中，熱屏蔽孔管2的周向電導顯著低于熱屏蔽外管3的周向電導，也就是說，熱屏蔽孔管2將對在繞軸線10的周向路徑上流動的電流產生更大的電阻。
該內側支架1由絕緣材料或具有低電導率的材料制成。術語“低電導率”應按其在超導系統(tǒng)中的含義來解釋。在超導系統(tǒng)中，具有低電導率的材料示例就是在溫度T＝4.2K時電導率為4.85×109西門子/米的銅。
此外，熱屏蔽孔管2的周向電導顯著低于熱屏蔽外管3的周向電導，也就是說，熱屏蔽孔管2將對在繞軸線10的周向路徑上流動的電流產生更大的電阻。
低周向電導可以通過以下方式實現(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，或者，形成熱屏蔽孔管2所用的材料的電導率顯著低于熱屏蔽外管3的電導率。
優(yōu)選地，中央孔管2的周向電導低于外管3周向電導的1/2。更優(yōu)選地，孔管2的周向電導低于外管3周向電導的1/5。
此外，屏蔽線圈支架4所用材料的電導率顯著高于孔管2所用材料的電導率。典型地，形成該支架4的材料的電導率可以相似于外管3材料的電導率。
應當注意，此處所說的電導和電導率是指該系統(tǒng)中各部件和材料處于其工作溫度時的電導和電導率。
在一具體實施例中，氦封殼8所用材料的電導率低于外管3。氦封殼8的合適材料可以是不銹鋼。
示例圖2顯示了對一MRI磁體進行數(shù)學建模的結果，該磁體具有用鋁合金Al6082制成的屏蔽線圈支架(圖1中標記為4)，用Al5083制成的屏蔽孔管(圖1中標記為2)，和用Al5083制成的熱屏蔽外管(圖1中標記為3)。
在正常工作期間，最大的輪廓對應于5×10-4特斯拉輪廓。在相繼的各個時刻下(按0.2秒間隔計算)的5×10-4特斯拉輪廓是在半徑為2.5m、半長為4m的范圍內。
表2 表示各種金屬合金的電導率。
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。
權利要求
1.一種限制與安裝在管狀支架上的軸對稱超導磁體相關的雜散磁場范圍的方法，包括將部件定位在該磁體徑向內側以及將部件定位在該磁體徑向外側的步驟，其中，所述定位于該超導磁體徑向內側的部件具有比所述定位于該超導磁體徑向外側的部件顯著更低的周向電導。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，在沿超導磁體軸線的半軸長度為4m且半徑為2.5m的橢圓體范圍內，所述雜散磁場被限制成小于5×10-4特斯拉。
3.按照權利要求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側，將一熱屏蔽外管定位在該磁體的徑向外側，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。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的1/2。
5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的1/5。
6.按照權利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的百分之五。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括步驟將超導磁體纏繞在一內側支架上，所述支架由絕緣材料或具有低電導率的材料制成。
8.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，所述管狀內側支架由溫度為4.2K時電導率小于120MS/m的材料制成。
9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內側支架由LM25制成。
10.按照權利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內側支架由溫度為4.2K時電導率小于50MS/m的材料制成。
11.按照權利要求8所述的方法，其特征在于，所述管狀內側支架由LM27制成。
12.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，所述管狀內側支架由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
13.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，還包括步驟在所述超導線圈的徑向外側定位一屏蔽線圈支架，所述屏蔽線圈支架由電導率顯著高于所述熱屏蔽孔管的材料制成。
14.按照權利要求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，以保持超導磁體周圍的流體包層。
16.一種軸對稱超導磁體組件，其具有定位在超導線圈的徑向內側的熱屏蔽孔管以及定位在該超導線圈的徑向外側的熱屏蔽外管；其中，所述熱屏蔽孔管由電導率顯著低于所述熱屏蔽外管的材料制成。
17.按照權利要求16所述的超導磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的1/2。
18.按照權利要求17所述的超導磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的1/5。
19.按照權利要求18所述的超導磁體組件，其特征在于，所述熱屏蔽孔管的周向電導小于所述熱屏蔽外管的周向電導的百分之五。
20.按照權利要求19所述的超導磁體組件，其特征在于，超導磁體纏繞在一管狀內側支架上，所述支架由絕緣材料或具有低電導率的材料制成。
21.按照權利要求20所述的超導磁體組件，其特征在于，所述管狀內側支架由溫度為4.2K時電導率小于120MS/m的材料制成。
22.按照權利要求21所述的超導磁體組件，其特征在于，所述管狀內側支架由LM25制成。
23.按照權利要求21所述的超導磁體組件，其特征在于，所述管狀內側支架由溫度為4.2K時電導率小于50MS/m的材料制成。
24.按照權利要求23所述的超導磁體組件，其特征在于，所述管狀內側支架由LM27制成。
25.按照權利要求20所述的超導磁體組件，其特征在于，所述管狀內側支架由Al 5083制成，所述熱屏蔽外管由Al 1200制成。
26.按照權利要求20所述的超導磁體組件，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線圈的外側，且所述屏蔽線圈支架由電導率顯著高于所述熱屏蔽孔管的材料制成。
27.按照權利要求26所述的超導磁體組件，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.按照權利要求20所述的超導磁體組件，其特征在于，具有一封殼，其布置成保持超導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的超導磁體低溫恒溫器。當系統(tǒng)中各組件選用的材料具有適合的相對電導率時，可以提供針對雜散磁場的保護，特別是針對與磁體失超相關的雜散磁場的保護。
文檔編號G01R33/421GK101063709SQ200710002049
公開日2007年10月31日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權日2006年1月18日
發(fā)明者G·吉爾格拉斯, M·J·M·克瑞普 申請人:西門子磁體技術有限公司