[发明专利]一种极高场核磁共振超导磁体

说明书

一种极高场核磁共振超导磁体，包括低温超导背场磁体、高温超导内插磁体和超导匀场线圈。所述的高温超导内插磁体插入低温超导背场磁体内部，高温超导内插磁体与低温超导背场磁体同心。低温超导背场磁体的磁场和高温超导内插磁体的磁场叠加，在中心区域产生极高强度磁场。超导匀场线圈置于低温超导背场磁体和高温超导内插磁体之间的空隙处。超导匀场线圈粘贴在高温超导内插磁体外周；超导匀场线圈、低温超导背场磁体和高温超导内插磁体同心。

技术领域

本发明涉及一种核磁共振谱仪超导磁体。

背景技术

核磁共振是一种通过原子核吸收特定频率的射频电磁波，对外发射信号，通过射频线圈接收信号来分析分子结构信息的一种非侵入式技术手段。在核磁共振谱仪系统中，主磁体是一个重要部件。主磁体产生均匀的强磁场，使得原子核有序进动，进动频率与磁场强度成正比。由于在不同化学环境中的原子受到周围原子电磁作用的影响不同，进动频率存在差异，这些差异会在接收到的原子波谱信号中表现出来。

核磁共振的信号灵敏度和分辨率随着磁场强度的增加而增加，这意味着原本低场检测不到的微量元素在高场下能够检测出来，原本低场分辨不出的原子团结构在高场下能够分辨出来。鉴于高场核磁共振波谱检测的优势，各国在高场磁体技术上不断发展。

在磁场强度低于18T时，可采用低温超导线材NbTi或者NbTi和Nb₃Sn结合的方式来设计超导磁体。采用超流氦冷却方法，将液氦温度从4.2K降低到1.8K时，Nb₃Sn超导磁体可产生22.3T的磁场强度。然而，若要追求更高的磁场强度，需要借助高温超导磁体来实现。对于极高场超导磁体，譬如27T，一般采用低温超导背场磁体内插高温超导磁体的结合方式，其中低温超导磁体提供一个背景磁场，高温超导磁体产生叠加磁场。

高性能核磁共振谱仪系统不仅需要很高的磁场强度，磁场在检测区域内还要有很高的均匀度，而低温螺线管嵌套和高温双饼堆叠的磁体结构并不能满足磁场均匀度要求。在设计高均匀度超导磁体时，可采用低温磁体补偿线圈设计结构，还可采用高温磁体切槽双饼设计结构。补偿线圈会增加磁体生产成本，扩大磁体体积或者缩小磁体内孔；切槽双饼可通过优化调整部分双饼内半径来实现磁场均匀度提升，并不会占用额外空间。

美国专利US 20070171014A1提出了一种背场电导磁体和内插高温超导磁体的核磁共振谱仪磁体设计方案，其中内插高温超导磁体只有一层磁体结构，采用外半径切槽的匀场方式，而且没有铺设匀场线圈；中国专利CN 101577165A采用低温超导背场磁体内插高温超导磁体的方案来设计超导磁体系统，背场磁体由6层低温超导线圈组成，内插一层高温超导磁体线圈，没有采用切槽结构、匀场线圈等磁场均匀度补偿措施；美国专利US20150213930A1发明了一种轴向电流密度分级的内插高温超导磁体设计方案，通过在轴向方向上采用不同宽度的超导带材来实现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种极高场核磁共振谱仪磁体。本发明采用7层低温超导背场磁体和两层高温超导内插磁体结合的设计方案，使得中心区域能够产生极高场强。结合切槽双饼结构设计和铺设匀场线圈的磁场补偿方法，可提高中心磁场均匀度至1ppm以下。

本发明极高场核磁共振谱仪磁体包括低温超导背场磁体、高温超导内插磁体和超导匀场线圈。

所述的高温超导内插磁体插入低温超导背场磁体内部，高温超导内插磁体与低温超导背场磁体同心。低温超导背场磁体的磁场和高温超导内插磁体的磁场叠加，在中心区域产生极高强度磁场。超导匀场线圈置于低温超导背场磁体和高温超导内插磁体之间的空隙处。超导匀场线圈粘贴在高温超导内插磁体外周。超导匀场线圈、低温超导背场磁体和高温超导内插磁体同心。

所述的低温超导背场磁体由7层线圈组成，其中内部3层为Nb₃Sn线圈，外部4层为NbTi线圈。低温超导背场磁体的净孔直径不低于250mm。放入高温超导内插磁体后，所述的极高场核磁共振谱仪磁体的温孔直径不低于50mm。