CN101236239B - 磁共振系统的超导磁体的电流引线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种磁共振系统的超导磁体的电流引线，所述的超导磁体由一冷头进行制冷；所述的装置包括与超导磁体电性连接以进行励磁的电流引线正、负极，其中所述的冷头与所述的超导磁体电性相连并用作所述电流引线正、负极中的一极。本发明利用所述的冷头作为电流引线正极或负极，减少了电流引线的数量，并且减少了通过电流引线传导的热量，因此可以更加有效地保持稳定的超导环境。另外，本发明的冷头和电流引线可以设置在同一管道中，因此不必分开设计塔管以及侧管，使得本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的结构非常简单。

Description

磁共振系统的超导磁体的电流引线
技术领域
本发明涉及一种电流引线，特别是涉及一种磁共振的超导磁体的电流引线。
背景技术
超导型磁共振系统中，超导磁体在低温环境，也就是在绝对温度为4.2K(-269摄氏度)的液氦温度下，在磁体电源的作用下逐渐通以电流进行励磁(Magnetized)，从而建立磁场，励磁一旦成功，由于线圈处于超导状态，只要维持超导环境的稳定，就不再需要给超导磁体供电，而获得高稳定性的均匀磁场。
超导型磁共振系统能够成功励磁以及稳定工作的重要的条件是建立并保持稳定的超导环境。一旦超导环境遭到破坏，就导致超导磁体的失超(Quenching)。失超后无论是重新预冷、励磁，还是磁共振系统停机所造成的经济损失都是非常巨大的。
超导磁体需要由专用的高精度供电系统进行励磁，所述的供电系统放置在室温的环境中，通过电流引线向处于超导环境中超导磁体进行供电。热量会通过电流引线传导至超导磁体处，从而使超导环境受到影响。同时，在进行励磁或者退磁(Demagnetized)的时候，会有数百安培的强大电流通过电流引线，由于电流引线本身存在电阻，所述电阻在所述强大的电流作用下产生的欧姆热也会被传导至超导磁体处，从而使超导环境受到影响。
在现有技术中，通常采用两种电流引线来给超导磁体供电，一种是可分离式电流引线(Detachable current lead)，另一种是固定式电流引线(Fixed current lead)。采用可分离式电流引线时，所述的分离式电流引线只有在超导磁体需要励磁或者退磁的时候才与超导磁体电性相连向其供电，其余时间当超导磁体处于稳定的超导状态时则与超导磁体分离。由于所述的可分离式电流引线在大部分的时间里并不与超导磁体电性相连，因此有效地避免了外部热量通过电流引线传导至超导磁体，但是这种可分离式电流引线结构复杂，而且在与超导磁体电性相连或者分离的时候需要有经验的人员来进行操作。采用固定式电流引线时，所述的固定式电流引线始终与超导磁体保持相连。在这种情况下，外部热量通过所述的固定式电流引线传导至超导磁体不可避免，但是由于这种固定式电流引线操作方便，而且随着制冷设备的制冷能力的不断改善，在一定程度上弥补了热传导带来的缺陷，因此在超导型磁共振系统中，固定式电流引线越来越多地被投入到实际的商业应用中。
参阅图1，在现有技术的固定式电流引线的连接装置中，超导磁体70浸泡于液氦容器60内的液氦中，电流引线40设置在与所述的液氦容器60相通的塔管50(Turret tube)中，分别与外部供电系统以及所述的超导磁体70电性相连从而向所述的超导磁体70供电。所述的电流引线40包括分别用作电流引线正极和电流引线负极的引线。超导开关30连接在与电流引线正极和电流引线负极之间对超导磁体70进行控制。冷头10设置在与所述的液氦容器60相通的侧管(Sidesock)20中，用来进行制冷。如前所述，这种电流引线的连接装置通过所述的电流引线40会将外部热量传导至超导磁体70处，而且电流引线40通过强电流时产生的欧姆热也会被传导至超导磁体70处，从而使得液氦容器60内的液氦受热蒸发，从而使得超导环境受到破坏。另外，在这种电流引线的连接装置中，电流引线40和冷头10分别设置在塔管50和侧管20中，使得电流引线的连接装置的结构较为复杂。
图2示出了一种改进型的电流引线的连接装置，其与图1所示的电流引线的连接装置的不同之处在于：电流引线40只包括用作电流引线正极的引线，而利用塔管50的一个侧壁作为电流引线负极。这种改进型的电流引线的连接装置的好处在于减少了电流引线40的数量，这虽然部分减少了通过所述的电流引线40从外部传导至超导磁体70处的热量，但却增加了设计制造所述塔管50的难度，因为不但要考虑到所述塔管50的热传导特性、机械特性，还要考虑其导电特性等。与图1所示的电流引线的连接装置相同，这种改进型的电流引线的连接装置电流引线40和冷头10分别设置在塔管50和侧管20中，使得电流引线的连接装置的结构较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单的磁共振系统的超导磁体的电流引线，用来有效地减少通过电流引线从外部传导至超导磁体的热量。
为实现上述目的，本发明提出的方案是提供一种磁共振系统的超导磁体的电流引线，所述的超导磁体由一冷头进行制冷；所述的磁共振系统的超导磁体的电流引线包括与所述的超导磁体电性连接以进行供电的电流引线正、负极，其中所述的冷头与所述的超导磁体电性相连并用作所述电流引线正、负极中的一极。其中，所述的冷头通过一热电耦合器与所述的超导磁体电性相连。
根据本发明的一个方面，所述的冷头用作所述的超导磁体的电流引线负极，一电流引线用作所述的超导磁体的电流引线正极。
根据本发明的另一个方面，所述的超导磁体浸泡在一液氦容器内的液氦中。所述的电流引线设置在一与所述的液氦容器相通的塔管中，所述的冷头设置在一与所述的液氦容器相通的侧管中。可选择地，所述的电流引线和冷头也可以均设置在一与所述的液氦容器相通的塔管或者侧管中。
本发明利用所述的冷头作为电流引线负极，减少了电流引线的数量；减少了通过电流引线传导的热量。可以更加有效地保持稳定的超导环境。本发明也可以利用所述的冷头作为电流引线正极，利用侧管的一个侧壁与所述的超导磁体电性连接并用作其电流引线负极，同样可以取得上述的效果。另外，本发明的冷头和导电引线可以设置在同一塔管或者侧管中，因此不必分开设计塔管以及侧管，使得本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的结构非常简单。
附图说明
图1是现有技术的电流引线的连接装置的示意图，电流引线分为电流引线正极和电流引线负极；
图2是一种改进型的电流引线的连接装置的示意图，塔管的一个侧壁用作电流引线负极；
图3是本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的第一实施例的示意图，电流引线用作电流引线正极，冷头用作电流引线负极，电流引线和冷头分别设置在塔管和侧管中；
图4是本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的第二实施例的示意图，电流引线用作电流引线正极，冷头用作电流引线负极，电流引线和冷头均设置在侧管中；
图5是本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的第三实施例的示意图，冷头用作电流引线正极，侧管的一个侧壁用作电流引线负极；以及
图6是本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的第四实施例的示意图，应用于干式磁体中，电流引线用作电流引线正极，冷头用作电流引线负极。
具体实施方式
参阅图3，在本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的一个第一实施例中，一超导磁体70浸泡于一液氦容器60内的液氦中，一电流引线40设置在一与所述的液氦容器60相通的塔管50中，分别与外部供电系统的正极以及所述的超导磁体70电性相连从而用作所述的超导磁体70电流引线正极。一冷头10设置在一与所述的液氦容器60相通的侧管20中，用来进行制冷以保持超导环境。所述的冷头10同时还分别与外部供电系统的负极，以及通过一热电耦合器(Thermoelectrical coupler)80与所述的超导磁体70电性相连而用作所述的超导磁体70的电流引线负极。一超导开关30连接在电流引线正极和电流引线负极之间用来对超导磁体70进行控制。
本实施例的电流引线的连接装置与现有技术相比区别在于：减少了电流引线40的数量，在本实施例中所述的电流引线40只包括用作所述的超导磁体70的电流引线正极的引线，同时利用所述的冷头10作为所述的超导磁体70的电流引线负极。
可以理解地，所述的电流引线40也可以只包括用作所述的超导磁体70的电流引线负极的引线，同时利用所述的冷头10作为所述的超导磁体70的电流引线正极。然而由于电流引线负极和侧管20在通常情况下接地，因此在本实施例中，较佳地采用所述的电流引线40作为电流引线正极，利用所述的冷头10作为电流引线负极。
本实施例的电流引线的连接装置与现有技术相比好处在于：利用所述的冷头10作为电流引线负极，减少了电流引线40的数量，并且减少了通过电流引线传导的热量，因此可以更加有效地保持稳定的超导环境。
图4示出了本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的一个第二实施例，本实施例与前述的第一实施例基本相似，其中相同的元件使用相同的标号表示，其不同之处在于：在图3所示的第一实施例中，所述的用作电流引线正极的电流引线40和用作电流引线负极的冷头10分别位于与所述的液氦容器60相通的塔管50和侧管20中，这种设计使得本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的结构较为复杂；而在本实施例中，所述的用作电流引线正极的电流引线40和用作电流引线负极的冷头10均被设置在所述的侧管20中，从而取消了塔管50，使得本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的结构较为简单。可以理解地，在本实施例中，所述的用作电流引线正极的电流引线40和用作电流引线负极的冷头10也可以均被设置在所述的塔管50中，从而取消了侧管20，使得本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的结构较为简单。
图5示出了本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的一个第三实施例，本实施例与前述的第二实施例基本相似，其中相同的元件使用相同的标号表示，其不同之处在于：在图4所示的第二实施例中，所述的电流引线40用作电流引线正极，所述的冷头10用作电流引线负极；而在本实施例中，所述的冷头10用作电流引线正极，而取消了电流引线40，利用侧管20的一个侧壁与所述的超导磁体70电性相连并作为其电流引线负极。在本实施例中，由于侧管20的侧壁温度较低(特别是接近液氦容器60处)，外部热量几乎无法通过所述的侧管20的侧壁传导至所述的超导磁体70，因此可以有效地保持稳定的超导环境。由于在本实施例中，所述的冷头10用作电流引线正极，因此需要确保其与侧管20之间的绝缘；同时，由于所述的侧管20的一个侧壁用作电流引线负极，因此在设计制造所述的侧管时，需要同时考虑其热传导特性、机械特性以及导电特性等。可以理解地，在本实施例中，所述的侧管20也可以用图3所示的塔管50代替。
图6示出了本发明磁共振系统的超导磁体的电流引线的一个第四实施例，本实施例与前述的第一实施例基本相似，其中相同的元件使用相同的标号表示，其不同之处在于：图3所示的第一实施例是应用在使用液氦来对超导磁体70进行制冷的情况中，而本实施例则是应用于干式磁体(Dry magnet)中，即不使用液氦来对超导磁体70进行制冷，而是采用传导方式来对超导磁体70进行制冷。在本实施例中，与图3所示的第一实施例相同，采用所述的电流引线40作为电流引线正极，利用所述的冷头10作为电流引线负极，减少了导电引线40的数量，并且减少了通过电流引线传导的热量，因此可以更加有效地保持稳定的超导环境。另外，由于本实施例采用干式磁体的传导制冷方式，因此取消了如图1所示的液氦容器60及其内的液氦、以及分别与所述的液氦容器60相通的塔管50和侧管20。
综上所述，本发明提供了一种结构简单的磁共振系统的超导磁体的电流引线，用来有效地减少通过电流引线从外部传导至超导磁体的热量。虽然上文结合附图描述了本发明的示例性实施例，但是应该理解的是，本发明不局限于上述的具体的实施例，本领域普通技术人员根据本发明所做出的其他变化或者适应性修改并不偏离本发明的范围和精神。

Claims (8)

1.一种磁共振系统的超导磁体的电流引线，所述的超导磁体(70)由一冷头(10)进行制冷；所述电流引线包括与所述的超导磁体(70)电性连接以进行励磁的电流引线正、负极，其特征在于：所述的冷头(10)与所述的超导磁体(70)电性相连并用作所述电流引线正、负极中的一极。
2.根据权利要求1的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的冷头(10)用作所述的超导磁体(70)的电流引线负极，一电流引线(40)用作所述的超导磁体(70)的电流引线正极。
3.根据权利要求2的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的超导磁体(70)是干式磁体，所述的冷头(10)通过传导方式来对所述的干式磁体进行制冷。
4.根据权利要求2的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的超导磁体(70)浸泡在一液氦容器(60)内的液氦中。
5.根据权利要求4的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的电流引线(40)设置在一与所述的液氦容器(60)相通的塔管(50)中，所述的冷头(10)设置在一与所述的液氦容器(60)相通的侧管(20)中。
6.根据权利要求4的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的电流引线(40)和冷头(10)均设置在一与所述的液氦容器(60)相通的侧管(20)或塔管(50)中。
7.根据权利要求1的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的冷头(10)用作所述的超导磁体(70)的电流引线正极，并设置在一侧管(20)或塔管(50)中，所述的侧管(20)或塔管(50)的一侧壁与所述的超导磁体(70)电性相连并作为所述超导磁体的电流引线负极。
8.根据权利要求1-7中任意一项的磁共振系统的超导磁体的电流引线，其特征在于：所述的冷头(10)通过一热电耦合器(80)与所述的超导磁体(70)电性相连。
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