[发明专利]具有集成磁场突变保护的超导磁体低温恒温器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁体低温恒温器，特别涉及在失超时对杂散磁场大小的控制。

背景技术

大型超导磁体在医疗设备中的应用越来越普遍，例如核磁共振(NMR)光谱仪、磁共振成像(MRI)扫描仪。这样的设备会产生大型磁场，在包含有对磁场反应灵敏的科学和医疗设备的环境中，需要对这些大型磁场加以严格控制。

磁体工作区域周围的磁场称为杂散磁场。MRI扫描仪主要在医院应用，而在医院中出现带有医疗植体的人的可能性很大，因此，对MRI扫描仪周围的杂散磁场的控制就尤为重要。由于一个相对较弱的磁场都能够导致某些植体出现故障，所以与杂散磁场有关的风险更大。行业公约定义了5高斯轮廓，这是磁场B的大小等于5×10^-4特斯拉(5高斯)的杂散磁场表面。

当前的超导磁体具有内置的屏蔽线圈，这些屏蔽线圈在正常工作时能够将杂散磁场约束在一个轴对称的近似椭圆体的范围内。对于典型的MRI磁体而言，该椭圆体沿磁体轴线的半轴长度约为4m，半径约为2.5m。

超导磁体在工作时可能会失超。失超是一种温度升高而导致超导磁体进入正常导电态的过程。这个过程可能会持续几秒，在该过程中电流崩塌而引起磁场变化。而变化的磁场又会在磁体支架及低温恒温器中感应出涡电流，且屏蔽线圈无法消除这些涡电流。这又可能会进一步致使磁场扩展到其最初的范围之外。

申请人的专利EP0468415描述了一种被称之为“失超带”(quenchbands)的应用，它用来抵消这些涡电流的效应。

这些失超带是铜带，通常厚3mm，并由RRR值约为100的纯铜制成。失超带安装在屏蔽线圈外部，以提供紧密磁耦合。

然而，失超带价格昂贵。而且，失超带中的感应涡电流与磁场之间产生的洛伦兹力往往会将失超带“裹(wrap)”到屏蔽线圈上。这将引起铜的非弹性变形和硬化，而这又会降低铜的电导率，并影响失超带的效用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种方法来限制与安装在管状支架上的轴对称超导磁体相关的杂散磁场的范围，该方法包括如随后的权利要求1所述的步骤。

根据本发明的第二方面，一种超导磁体组件包括如随后的权利要求16所述的特征。

接下来参考附图以非限定性示例的方式来描述本发明。

附图说明

图1示出了按照本发明一个具体实施例的穿过超导磁体的局部剖视图；

图2示出了按照本发明一个具体实施例的由超导磁体失超引起的5×10^-4特斯拉(5高斯)轮廓(随时间推移计算出的)序列。

具体实施方式

参见图1，指示了该组件的假想轴线10以供参考。该设备的局部横截面如图所示，整个组件是关于该轴线10对称的。该设备包括一轴对称超导磁体，该轴对称超导磁体带有管状内侧支架1和热屏蔽孔管2，该热屏蔽孔管2定位在该支架1的径向内侧，也就是说，支架1和孔管2绕轴线10布置，且孔管2的半径小于支架1的半径。超导线圈7缠绕在该支架1上，管状屏蔽线圈支架4沿径向定位于该线圈7的外侧。屏蔽线圈5缠绕在支架4上，热屏蔽外管3沿径向定位在屏蔽线圈5的外侧。

氦封壳8保持了线圈5和7周围的氦包层，以便为这些线圈保持约4K的典型工作温度。壁11与孔管2、外管3一起形成一内真空容器。通过抽空该内真空容器与外真空容器6之间的区域9，以帮助保持线圈5和线圈7周围的低温。

本发明的一个具体实施例中，热屏蔽孔管2的周向电导显著低于热屏蔽外管3的周向电导，也就是说，热屏蔽孔管2将对在绕轴线10的周向路径上流动的电流产生更大的电阻。

该内侧支架1由绝缘材料或具有低电导率的材料制成。术语“低电导率”应按其在超导系统中的含义来解释。在超导系统中，具有低电导率的材料示例就是在温度T＝4.2K时电导率为4.85×10⁹西门子/米的铜。

此外，热屏蔽孔管2的周向电导显著低于热屏蔽外管3的周向电导，也就是说，热屏蔽孔管2将对在绕轴线10的周向路径上流动的电流产生更大的电阻。

低周向电导可以通过以下方式实现：在热屏蔽孔管2上形成轴向裂缝(即在管中形成与轴线10平行的裂缝)以降低电导，或者，形成热屏蔽孔管2所用的材料的电导率显著低于热屏蔽外管3的电导率。

优选地，中央孔管2的周向电导低于外管3周向电导的1/2。更优选地，孔管2的周向电导低于外管3周向电导的1/5。