[发明专利]一种核磁共振超导磁体失超保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对超导磁体失超的保护装置，特别涉及用于高磁场核磁共振成像系统中的超导磁体在失超时不被损坏的保护装置。

背景技术

用于超导磁体的超导体只有在满足特定条件（如温度、磁场、电流密度）时才能体现超导特性。一旦条件被破坏，超导体将会发生失超。超导体的一小部分不再是超导态，并进入电阻状态。任何流经该电阻部分的电流都会导致局部焦耳发热。这将导致该超导体的邻近部分失超，结果形成更大的电阻体积，这又导致进一步焦耳发热。

超导磁体的失超过程是储存在超导体内的电磁能量向热能的转化过程。如果超导磁体失超后热能在整个磁体内均匀释放，引起的热点温升要比热能在超导磁体内局部释放时低得多，因此一旦检测到超导磁体内出现失超信号，应尽可能使超导磁体储存的能量在整个磁体内均匀释放或者通过回路将其能量消耗在外电阻上。实际上超导磁体的失超总是从局部开始的，即所谓的点扰动。超导磁体的失超事件具有很大的随机性，失超传播是非常复杂的物理过程。

高磁场核磁共振超导磁体一般指中心磁场大于7T。通常将中心场高于7T的核磁共振磁体称为高磁场核磁共振磁体。高磁场核磁共振超导磁体一般由多组主线圈和一组补偿线圈组成，每组线圈绕制在同一个线圈骨架上。多组主线圈由内到外同轴组装在一起，补偿线圈同轴套装在主线圈的最外层。高磁场核磁共振超导磁体的各组线圈之间有着很强的电磁耦合，但各组线圈之间的热耦合却很差。高磁场核磁共振超导磁体运行时，其内部的储能密度非常高。最有效的保护方法就是通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，使热量尽可能均匀消耗在整个超导磁体上。如果超导磁体在某一线圈的局部发生失超后，迅速扩展到整个超导磁体，导致全部失超，就意味着没有一个部分会达到危险温度。

高磁场核磁共振超导磁体为有效地降低失超后的热点温度一般使用分段保护。高磁场核磁共振超导磁体是由相互分离多组线圈同轴组合而成，各组线圈之间除了电磁耦合外，没有热耦合。因此当中某一线圈失超时可能产生邻近的线圈电流快速增大，其失超线圈的能量快速转移到非失超线圈中，引起邻近线圈产生的电磁应力快速增大，使超导线圈的电流增加较高的一段线圈失超，线圈因热量没有均匀释放而被烧坏。为了克服这种电流急剧升高，引起线圈的机械不稳定性以及热量过于集中烧坏线圈的问题，在各组线圈表面安装加热器使得超导线圈提前失超，将超导磁体的能量均匀释放在整个超导磁体之中。

传统的分段失超保护系统中，各组线圈表面安装的加热器分别串联在某一分段回路或某几个分段回路中。通过分段回路中的分流电流来给加热器提供能量，使加热器发热从而触发相应的线圈失超。由于失超的出现具有随机性，各个分段回路中出现分流电流的时间和大小会随最先发生失超的线圈不同而发生较大的变化。因此各组线圈被触发失超的时序就具有随机性，很难控制。对于高磁场核磁共振超导磁体各组线圈之间电磁耦合很强，而且储能密度很高，这种不受控制的失超加速过程仍然会导致某组线圈感应电流过大，或者温升过高。

发明内容

本发明的目的是克服已知的失超保护系统在应用于高磁场核磁共振超导磁体保护中所产生上述缺陷，提出一种新的失超保护装置。

本发明所适用的超导磁体由多组主线圈和一组补偿线圈串联组成，超导磁体的所有主线圈和一组补偿线圈同轴沿径向排列且没有热接触。超导磁体两端并联有主超导开关，以实现超导磁体的持久模式运行。

本发明的失超保护装置由多路主线圈分流电路和一路补偿线圈分流电路组成。其中主线圈分流电路的数量与超导磁体中的主线圈组数相同，超导磁体的每组主线圈两端并联一个主线圈分流电路。超导磁体的补偿线圈两端并联一个补偿线圈分流电路。

超导磁体的每组线圈都装有紧密热接触的加热器，可以通过在超导磁体的每组线圈的外表面粘贴加热器来实现线圈与加热器的紧密热接触。其中，超导磁体的每组主线圈的外表面分别粘贴一个加热器，这些加热器称为主线圈加热器，所有主线圈加热器电气串联在一起形成加热器组件。补偿线圈外表面粘贴与主线圈组数相同数量的加热器，这些加热器称为补偿线圈加热器。

本发明提出的主线圈分流电路由一个二极管对串联一个补偿线圈加热器组成。补偿线圈分流电路由一个二极管对串联所述的加热器组件组成。所述的二极管对由背靠背反并联方式连接的两个二极管组成。