[发明专利]超导磁体的电、机械以及热隔离的方法和设备

说明书

技术领域

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相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月27日提交的美国临时申请序列号61/100,717的优先权和利益，在此通过整体引用而将其内容结合在本文中。

背景技术

根据本发明的实施例通常涉及超导磁体，更加具体地，涉及用于在极端电和热梯度的环境下掩蔽磁体的方法。也可以构建本发明的实施例用以高度抵抗超导材料上的电离辐射及其有害影响。

本发明的电和热隔离能力可用于例如直接动能到电能转换器的磁流体动力学(下文中为“MHD”)的领域。紧凑而稳健的MHD转换器装置可用于高效率地将喷气机或火箭排气流的动能转化为电能。在超热排气流的周围掩蔽敏感的超导材料仅仅是根据本发明的热和机械隔离超导磁体(即，磁体线圈、线圈支撑结构、冷却系统和热绝缘)的实践。

超导磁体的电、机械和热隔离的方法和设备涉及超导磁体设计、制造和操作的领域。更加具体地讲，超导磁体的电、机械和热隔离的方法和设备涉及用于在极端电和热梯度的环境中掩蔽超导磁体的方法。也可构建各种实施例用以高度抵抗超导材料上的各种形式的辐射(包括电离辐射)及其不利影响。

在此公开的内容还适用于需要强磁场的其它处理和装置，其中存在高热梯度、强电场或高电场梯度或各种形式的辐射。

本发明也适用于核磁共振(下文中为“NMR”)和磁共振成像(下文中为“MRI”)的领域，其中根据本发明构造的超导磁体将允许材料分析和成像装置能够经受住更加极端的电、热和辐射环境。本发明也可用于质谱分析的领域。根据本发明使用超导磁体构建的质谱仪将具有非常大的温度、振动和辐射暴露的工作范围。本发明也适用于先进的空间推进领域。

最后，本发明涉及磁性材料分离的领域，其中本发明将用于提供强磁场以去除来自要被处理的物质的磁性元素。根据一个或多个在此公开的当前实施例构建的磁体将允许用于此装置的更大的工作温度范围。

发明内容

根据本发明的各种实施例的方法和设备为这样的设计，其用于在提供冷却、热隔离、结构支撑，并同时提供高势差电绝缘的设备中容纳超导磁体。在某些方面，冷却的各种实施例包括低温冷却。本领域内的技术人员可以容易地认识到预计通过在此公开的技术实施的附加的冷却方法。

在一个实施例中，电绝缘包括一个或多个介电材料层。在一些实施例中，一个或多个介电层可以是陶瓷、玻璃、聚合物或其它可适用的介电材料，这取决于具体应用。一个或多个绝缘超导磁体的介电层允许介电层外部的导电层相对于线圈绕组、冷却系统和绕组壳体保持在高电势差下。

包围超导线圈绕组的最内层由用于线圈绕组自身的结构支撑构成，可以同时起用于有效泵抽冷却剂的液流通道的作用。在某些方面，在介电层和结构支撑/冷却系统层之间提供与具有极低热传导率的挠性低密度基于硅石热绝缘层结合的金属化的编织的聚合织物包覆(在各个方面，反射性“超绝缘”)。

三个或更多的柱可以支撑超导磁体设备，可以提供抵抗重力或其它在操作期间出现在磁体组件上的力的支撑。这些支撑柱的一个或多个可以是中空的，以提供通过其可以布置冷却剂供给、电源、或其它供给管道的腔。在各个方面，超导磁体组件可任选地为环形或其它适合的几何构造。在一个实施例中，支撑柱的外部一个或多个层可以是一个或多个介电材料层。

当磁体组件的最外层要经受高热通量或各种形式的辐射时，可以将近室温冷却系统并入到超导磁体组件和相关的系统。在一个实施例中，附加的近室温冷却系统具有介电冷却剂和介电冷却剂供给线，以使与一个或多个介电冷却剂材料或介电冷却剂供给线接触的最外的导电层可以继续保持在高电势下。