[发明专利]用于在绕组内部中产生均匀的磁场的带有终修正的连续卷绕的螺线管绕组以及相关的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生均匀的磁场的装置以及一种用于在试样空间(Probenraum)中的磁场的优化方法，该方法提供了用于制造这种装置的规范(Spezifikation)。

背景技术

在多种应用中(例如在磁共振X光线断层摄影术(Magnetresonanztomographie)中)必须的是，利用均匀的磁场加载长形的试样空间。在此，通常使用长形的螺线管绕组(Solenoidspule)，围绕试样空间卷绕该螺线管绕组。然而，在这种绕组的内部中的磁场仅仅在这样的边界情况(Grenzfall)中为精确地均匀的，即，在该情况中绕组无限长。相反地，在实际的应用中在有限长的绕组中通过边缘效应损害均匀性。

为了补偿该边缘效应使用修正绕组(Korrekturspule)，其抵消完美的均匀性的不期望的偏差。不利地，该修正绕组需要附加的安装空间和附加的供电部(Stromzuführung)，这尤其地在低温保持器(Kryostaten)的狭窄的内空间中不总是供使用的。此外，仅仅当在磁组件的材料的制造时最精确地遵守修正绕组的事先计算的尺寸和位置时，才可实现期望的磁场的均匀性。可在亚微米范围中的精度要求有时超过加工公差。

为了避免附加的供电部以及通过这种附加的供电部引起的加热，可独立操控的修正绕组有时实现为集成到螺线管绕组中的附加的修正线圈(Korrekturwindung)，该修正线圈总是引导与螺线管绕组一样的电流。不利的是，对于修正线圈的定位的精度要求比对于可独立操控的修正绕组的定位的精度要求更高。

发明内容

因此本发明的目的为，提供一种用于产生磁场的装置，在没有修正绕组或修正线圈的情况下，该装置也作为螺线圈绕组利用均匀的磁场加载试样空间，并且与带有根据现有技术的修正绕组或修正线圈的组件相比，可以更小的机械的精度要求制造该装置。

根据本发明，该目的通过根据主权利要求的装置以及根据附加权利要求(Nebenanspruch)的优化方法实现。分别从回引权利要求1和7的从属权利要求中得到其它有利的设计方案。

在本发明的范围中，研发了一种用于在长形的试样空间中产生均匀的磁场的装置。该装置包括至少一个激励绕组以用于产生磁场。

在此，均匀性在数学的思想中不视为是非特性(Ja-Nein-Eigenschaft)，而视为逐渐的(graduell)概念，其体现了实际状态与该数学的物理学上不可实现的理想状态的保留的偏差。其可绝对地定义为在磁场的单位(Einheit)中在实际状态和理想状态之间的最大差别(“直至x毫特的均匀性”)。但是，其也可相对地定义为(同样根据量的或二次的)该偏差和磁场强度的商ΔB/B(直至10^-4的均匀性)。

根据本发明，连续地围绕试样空间卷绕激励绕组，并且至少在激励绕组的部分区域中激励绕组的线圈直径沿着试样空间的纵轴线连续地变化。

认识到，当不存在附加的修正绕组或修正线圈时，利用激励绕组的这种类型的造型(Formgebung)仍然可明显减小在非无线长的螺线管绕组中出现的且使场的均匀性恶化的边缘效应。由此，根据本发明，在激励绕组中自身已经结合了其磁场的不均匀性的部分的修正，通过激励绕组的有限的长度引起该不均匀性。由此，与使用传统的圆柱形的螺线管绕组相比，即使没有修正绕组或修正线圈，在试样空间的内部中的磁场分布也明显更均匀。

在此重要的是，激励绕组的线圈直径沿着试样空间的纵轴线连续地变化。由于激励绕组的有限的长度，激励绕组的磁场是不均匀的。根据现有技术通过少数离散的修正绕组或修正线圈引起的对该不均匀性的修正通过线圈直径的连续的变化分布到整个激励绕组上。每个极小的(infinitesimal)线圈元件为修正贡献极小的份额。由此，在试样空间的内部中的磁场的需求的均匀性和激励绕组的准确的造型之间的关联是连续的。