[发明专利]超导磁体系统及其失超保护装置

说明书

本发明公开了超导磁体系统及其失超保护装置，其中具体涉及一种失超保护装置，其包括N个电性串联耦合的超导线圈和加热器矩阵模块。加热器矩阵模块包括N个加热器单元，N个加热器单元分别与N个超导线圈电性并联耦合连接。其中，M个加热器单元中每个加热器单元包括至少N个加热器，每个超导线圈与加热器单元中的至少一个加热器热耦合；N‑M个加热器单元中每个加热器单元包括至少一个加热器，与M个加热器单元相耦合的M个超导线圈中的每个超导线圈与N‑M个加热器单元中每个加热器单元的至少一个加热器热耦合。本发明还涉及一种超导磁体系统。

技术领域

本发明涉及超导磁体系统，特别涉及超导磁体系统设计中的一种失超保护装置。

背景技术

随着超导技术和超导材料的蓬勃发展，超导磁体有着广阔的应用前景。由于超导磁体体积小、电流密度高、能耗低、磁场强度高等优点，在基础科学研究、医疗卫生、交通运输、国防工业等领域越来越多的被应用。例如，在磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging,MRI)系统中，超导磁体就被应用来产生一个均匀磁场。

当工作中的超导磁体由超导状态回复到电阻状态时，称之为失超(Quench)。这可能是由于温度、外界磁场的强度或承载电流的密度等某个参数超出其临界值而引起的。超导磁体失超的部分将不再是超导的，而是进入电阻状态，任何流经该电阻部分的电流都会导致局部焦耳发热，由于超导磁体存储了大量的能量，此时该失超的部分会快速的变热，从而可能会烧坏该失超的部分，例如熔化该失超的部分上的超导线。

因此，需要提供一些失超保护装置来避免失超现象而导致的超导磁体损坏的情况发生。已知可以通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，这就需要恰当地控制失超过程。该失超保护装置的工作原理主要是在超导磁体的某处发生失超时，将超导线圈的热点温度控制在安全范围内。控制热点温度的实质就是控制储能在热点的沉积，通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，以便在尽可能多的可用超导线圈上消耗所产生的热量，也就是说，快速地控制失超发生于整个超导磁体，这就意味着整个超导磁体的任一部分超导线圈都不会达到危险的温度。

在现有的失超保护装置中，通常的保护装置是侦测每一个超导线圈上的温度，并当任意一个超导线圈上的温度超出预设范围，也就是其发生失超时，产生相应的控制信号以触发失超保护装置工作。通常该失超保护装置包括大量与超导线圈热接触的加热器及大量与超导线圈电性连接的卸能电阻(Dump resistor)，通过这些加热器加热所有的超导线圈以使整个超导磁体失超，同时通过这些卸能电阻辅助卸掉超导线圈上的能量。但是，传统的失超保护装置需要单独设置侦测温度或电压的侦测单元及设置大量的卸能电阻，并且所应用的加热器的数量通常也非常多，进而导致整个失超保护装置设计复杂，成本过高。

所以，需要提供一种结构简单且成本低的失超保护装置来解决上述问题。

发明内容

现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。

本发明的一个方面在于提供一种失超保护装置。该失超保护装置包括：

N个电性串联耦合的超导线圈；

加热器矩阵模块，包括N个加热器单元，该N个加热器单元分别与该N个超导线圈电性并联耦合连接，其中，

M个加热器单元中每个加热器单元包括至少N个加热器，每个超导线

圈与该加热器单元中的至少一个加热器热耦合；及

N-M个加热器单元中每个加热器单元包括至少一个加热器，与该M个加热器单元相耦合的M个超导线圈中的每个超导线圈与该N-M个加热器单元中每个加热器单元的至少一个加热器热耦合。