[发明专利]具有冷却系统的超导磁体系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有冷却系统的超导磁体。

背景技术

美国专利US6396377示出了具有真空护套中的单独的磁体线圈的超导磁体组件。通过直接耦接至两级闭合循环致冷器，将每个磁体线圈冷却至超导温度。闭合循环致冷器作为冷却系统工作。具体地，两级致冷器在第一级产生约50K的液体He温度或在第二级产生约4K的温度。

发明内容

本发明的目的是进一步提高磁体线圈的冷却效率。

此目的通过本发明的磁体系统实现，该磁体系统包括：

-超导主磁体，具有近的一组线圈绕组和远的一组线圈绕组；

-至所述线圈绕组的至少部分中的功率耗散源；

-所述近的一组线圈绕组和所述远的一组线圈绕组分别离所述功率耗散源近和远；

-冷却系统，具有高温冷站和低温冷站；

-所述高温冷站主要冷却所述近的一组线圈绕组；以及

-所述低温冷站主要冷却所述远的一组线圈绕组。

本发明基于如下理解：冷却在较高温度通常更有效，并且不总是需要冷却至非常低的温度。当然，高温和低温均在用于线圈绕组的材料的针对超导性的临界温度以下。具体地，容许有效冷却的相对较高的温度施加于功率耗散源附近，且至较低温度的冷却施加于离功率耗散源更远处。通常，离功率耗散源更远的线圈绕组位于磁体系统的端部附近(圆柱磁体的情况)或具有大的直径(超导竖直场磁体的情况)，其中，磁场是强的，并且相对于磁体系统的旋转对称主轴具有基本径向的分量。因为磁体系统的端部附近的线圈绕组被冷却至较低温度，所以实现了临界电流的升高，使得较小量的昂贵导体材料足够确保不超过临界电流(密度)并且线圈绕组保持为超导的。另一方面，较靠近功率耗散源的线圈绕组通常位于磁体系统的中心附近，中心附近磁场较小并且基本沿磁体的旋转对称轴指向。在这些情况下，甚至在较高温度，高温超导体的临界电流相对高，并且在较高温度的工作不导致导体成本的显著增加。

为了支持近的一组线圈绕组和远的一组线圈绕组之间的温度差异，近的一组线圈绕组和远的一组线圈绕组由热阻热隔离。具体地，热阻由普通玻璃纤维塑料支撑结构形成。

在本发明的一方面，磁体系统应用于磁共振检查系统中。

将参照从属权利要求中限定的实施例进一步详细地阐述本发明的这些和其它方面。

为了施加梯度磁场用于磁共振信号的空间编码并用于RF场的空间选择性，提供梯度线圈。

在本发明的一方面，容许梯度线圈系统生成的磁场渗透属于近的一组的主场磁体的绕组，同时在属于远的一组的主磁体部分的位置处的梯度相关的磁场小。在开关梯度线圈，以施加梯度脉冲，即临时磁梯度场时，在近的一组的线圈绕组的超导材料中发生AC损耗。从而，梯度线圈用作功率储存(deposition)源。根据本发明，通过在致冷器通常具有高效率的较高温度操作暴露于梯度场的线圈绕组，这些绕组被更有效地冷却。更远离梯度线圈且未暴露于显著的梯度相关的磁场的线圈绕组由低温冷站冷却至较低温度，这提高了超导材料中的临界电流，并导致生成主场所需的超导线的量减小，提高了超导材料中的临界电流即容许较高的临界电流。在实际实施例中，高温和低温冷站是单个多级致冷器的热接口。

从而，本发明回避了如下需求：避免由梯度线圈将功率储存于超导主磁体的线圈绕组中。特别地，本发明使得梯度线圈能够径向地位于线圈绕组外部。国际申请PCT/US2006/61914中描述了具有径向地位于线圈绕组外部的梯度线圈的磁共振检查系统。在主线圈绕组外部的区域中，仅存在仅由于返回通量而导致的低的磁场强度。因此，在开关通过梯度线圈的电流时，最多弱的洛伦兹力作用于梯度线圈的绕组上，并且梯度线圈生成的声学噪声低。在梯度线圈安置于主线圈绕组外部时，不必在主线圈绕组内提供空间用于梯度线圈。因此，可以将主线圈绕组的直径减小至例如0.7m，而具有暖的穿孔中的梯度线圈的常规MRI磁体具有约0.95m的绕组直径。对第一近似，圆柱MRI磁体所需的超导材料的量随其直径的平方增加。结果，能够减小主磁体线圈的绕组的超导导体的量，使得需要较少的相对昂贵的超导材料。作为磁体外部的梯度线圈系统的替代，能够将非常薄的未屏蔽的梯度线圈放置在主磁体内部，或者直接在主磁体绕组的内部或在低温恒温器的暖的穿孔管上。在所有这些情况下，主磁体的中心部分将暴露于显著的梯度相关的磁场，导致这些线圈部分中的显著损耗。