[发明专利]用于对无低温超导磁体的失超保护的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月27日提交的美国临时专利申请No.61/746409的优先权，在此通过引用将该申请内容并入。

技术领域

本公开总体涉及一种在无低温(cryo-free)环境中操作的超导核磁共振(NMR)或磁共振成像(MRI)磁体，并且具体涉及一种用于在失超事件期间防止电压击穿的系统、装置、布置和方法。

背景技术

在无低温环境中操作的超导磁体的电击穿提出了一个严峻的问题。失超期间在磁体的各部分之间形成的电压可以达到几千或几万伏。如果磁体是被正确地生产出的，则失超电压小于击穿电压。在无低温条件下，击穿电压由图3中所示的帕邢(Paschen)曲线来定义，所述帕邢曲线将击穿电压与容纳磁体的体积中的残余气体压力相关，所述磁体的各部分彼此相距特定的距离。随着压力降低，击穿电压最初也下降，然后达到其最小值，并最终开始再次升高。通常在实际中将无低温磁体的内部体积抽到非常低的压力，即到击穿电压为高的点。低温恒温器里面的压力与磁体电压之间的关系由图3中所示的帕邢曲线来定义，图3示出了各部分彼此相距固定距离的磁体的帕邢曲线。帕邢曲线表示在特定压力处的击穿电压。曲线以下的任何点都被表征为安全操作状况，而曲线以上的任何点都导致对磁体的损坏。

在失超期间，磁体可能被局部形成的高电压和/或高温损坏。源于失超的问题之一是热事件系列。磁体或磁体部件的部分可能变热并因此可能排出已被吸收的气体。诸如环氧树脂、绝缘体、未清洗的焊剂等复杂磁体材料的化学分解也可以导致气体产生，引起进一步的真空恶化。所导致的真空污染可能导致原先被抽空的体积中的残留压力不受控制地增加，这继而将导致失超电压超过磁体的击穿电压。这最终导致对磁体的摧毁。存在各种被接受的抵消源于无低温磁体的失超的高电压问题的方法。例如，一种方法需要在任何暴露的或未被充分绝缘的金属表面上应用附加的绝缘层。另一种方法涉及将磁体电流密度保持足够低，以使得失超期间形成的电压也是低的。另一种方法需要利用分流器来保护磁体，所述分流器可以由电阻器或二极管或其两者制成。这些方法在大规模生产中可能是过分昂贵的。此外，在MRI磁体中，二极管-电阻器分流器解决方案危害了失超期间的杂散场并且可能导致磁场绽开。

发明内容

本公开的示范性实施例可以提供例如用于在失超事件期间保护磁体的系统、装置、布置和方法。本公开的各方面可以提供在失超事件期间的额外的保护，以避免对磁体的潜在损害。

根据本发明的示范性实施例，可以提供一种用于在失超事件期间保护磁体的系统。所述系统可以包括：(i)第一密封外壳，其具有第一压力并容纳预定气体；(ii)第二密封外壳，其具有第二压力，所述第一压力高于所述第二压力；(ⅲ)磁体，其被设置在所述第二外壳内；(ⅳ)感测设备，其监测所述磁体的各部分电压；(v)处理器，其被配置为根据所述电压来确定失超事件；(vi)常规磁体保护系统；以及(vii)阀，其能将所述第一外壳和所述第二外壳密封连接，所述阀能在第一位置与第二位置之间切换。当所述阀在所述第一位置中时，所述第一外壳和所述第二外壳彼此密封，以分别保持所述第一压力和所述第二压力。当所述阀在所述第二位置中时，所述第一外壳和所述第二外壳能密封地连接到彼此，以允许所述气体从所述第一外壳流到所述第二外壳。当检测到所述失超事件时，所述阀从所述第一位置切换到所述第二位置，以使得所述气体从所述第一外壳流到所述第二外壳中，直到达到所述第二外壳内的第三压力。所述第三压力根据所述第一压力、所述第二压力、所述第一外壳和所述第二外壳的参数、以及所述失超事件的参数而被确定。