CN103177843A - 磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医用磁共振成像超导磁体系统的馈电和冷却技术，特指一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线。本发明公开了一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，包括设置在恒温器上盖的可分离常导段，所述可分离常导段设置有绝缘密封装置，所述可分离常导段一端插入恒温器内，所述恒温器内设置一过渡段铜件，该过渡段铜件下部插接有超导段，其中，所述过渡段铜件上插接一铜环，所述铜环与过渡段铜件之间设有绝缘层，所述铜环通过螺母紧固在过渡段铜件上，所述过渡段铜件的两端分别设有插孔一及插孔二，所述插入恒温器内的可分离常导段的端部与插孔一间隙配合插接，所述超导段插接在插孔二内。

Description

磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线
技术领域
本发明涉及医用磁共振成像超导磁体系统的馈电和冷却技术，特指一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线。
背景技术
超导磁共振成像仪已在国内外大中型医院十分常见的人体医学检查的设备，它能提供人体软组织断面清晰的图像，对于诊断体内脏器和大脑的病变非常有效。现有这种超导磁体的励磁绝大部分是在磁体恒温器灌装液氦后一次性励磁完成，然后借助于超导开关的闭合使磁体在持续电流下运行，此后可断开磁体电源。由于连接电源和磁体的电流引线是引入液氦温区的最大热负荷，为有效地降低液氦蒸发，现有技术通常采用可拔式电流引线。这类电流引线由铜或铜合金制作，称为常规电流引线。
高温超导材料在液氮或更低温度具有可无阻地承载电流，且只传导少量的热，因此是非常优秀的电流引线材料，可大幅度地节省致冷量。20世纪后期高温超导电流引线开始大量用于实验室规模小型超导磁体，使得冷却超导磁体液氦零蒸发或传导冷却成为可能。所谓高温超导电流引线由处于低温的高温超导段和连接室温的常导段组成，故也称为二元电流引线，对常导段的冷却是主要致冷功耗。对于大电流气冷引线，此功耗是常规电流引线的1/3。
综上所说，现有的技术背景是：用于可持续电流运行磁体的可拔式电流引线或节冷的高温超导电流引线（但不做成可拔式）。
对于零蒸发电流引线，常规段只能依靠传导冷却，通常由微型制冷机的一级冷头提供。而此制冷量十分有限，特别当医用磁共振磁体的冷屏面积大，还有较大的支撑传导热情况下，大幅度地减小50K温区的热负荷显得极为有意义。本发明常规段可分离高温超导电流引线能大大减小对50K热负荷。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，特提供一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，由固定的高温超导段和可分离的常规导电段组成，用于医学磁共振成像超导磁体的励磁。当超导磁体需励磁或改变电流时两段电流引线连接，连接段用微型制冷机的一级冷头冷却，低于70K温度；由于高温超导段的零电阻和低热导率使液氦损耗很低。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，包括设置在恒温器上盖的可分离常导段，上述可分离常导段设置有绝缘密封装置，上述可分离常导段一端插入恒温器内，上述恒温器内设置一过渡段铜件，该过渡段铜件下部插接有超导段，其中，上述过渡段铜件上插接一铜环，上述铜环与过渡段铜件之间设有绝缘层，上述铜环通过螺母紧固在过渡段铜件上，上述过渡段铜件的两端分别设有插孔一及插孔二，上述插入恒温器内的可分离常导段的端部与插孔一间隙配合插接，上述超导段插接在插孔二内。
作为优化，上述绝缘密封装置由环氧套管及密封圈组成，上述环氧套管与可分离常导段配合插接并卡接在上盖上，上述与环氧套管对应的可分离常导段外壁开有环槽，环槽内设有密封圈，上述密封圈与环氧套管密封配合
作为优化，上述绝缘层包括有绝缘套管及氮化铝叠片，上述绝缘套管插设在铜环内圈并与过渡段铜件插接，上述氮化铝叠片分别设置在铜环的上表面及下表面。
作为优化，上述铜环与螺母之间设有平垫圈，该平垫圈与过渡段铜件配合插接，上述平垫圈设置在氮化铝叠片上方。
作为优化，上述超导段由高温超导带和不锈钢支架钎焊而成。
（三）有益效果
高温超导材料具有零电阻和低热导率的双重特性，非常适合用于超导磁体的电流引线，但目前其临界温度在100K(绝对温度)上下。因此，电流引线通常由低温区的高温超导段和较高温区的常规导电段组成，也称为二元电流引线。目前，大量实验室规模的小型超导磁体都采用这种二元电流引线，其过渡段采用微型制冷机的一级冷头冷却，可实现液氦零蒸发或传导冷却的超导磁体系统，无需将二元电流引线做成可分离形式。
可分离高温超导电流引线集可拔电流引线和高温超导电流引线的优点，其主要目的在于减小对微型制冷机一级冷头的热负荷。对于液氦零蒸发磁体，电流引线只能采用传导冷却，据优化设计理论，每kA电流对50K(一级冷头标称温度)的热负荷～45W，当磁体励磁电流为400A时，一对高温超导电流引线的50K热负荷为36W；在零电流时，引线的传导热在18～20W水平。而一台1.5W4.2K GM微型制冷机一级冷头的制冷量只有35W，可见此热负荷占一级冷头制冷量的50%，常导段分离后可大大减轻一级冷头的热负荷。
附图说明
下面结合附图对本发明磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线作进一步说明：
图1是本发明磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线的结构示意图。
图中，1为上盖，2为可分离常导段，3为过渡段铜件，4为铜环，5为螺母，6为插孔一，7为插孔二，8为环氧套管，9为密封圈，10为绝缘套管，11为氮化铝叠片，12为平垫圈，13为高温超导带，14为不锈钢支架。
具体实施方式
实施方式一：如图1所示，本发明磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，包括设置在恒温器上盖1的可分离常导段2，上述可分离常导段2设置有绝缘密封装置，上述可分离常导段2一端插入恒温器内，上述恒温器内设置一过渡段铜件3，该过渡段铜件3下部插接有超导段，其中，上述过渡段铜件3上插接一铜环4，上述铜环4与过渡段铜件3之间设有绝缘层，上述铜环4通过螺母5紧固在过渡段铜件3上，上述过渡段铜件3的两端分别设有插孔一6及插孔二7，上述插入恒温器内的可分离常导段2的端部与插孔一6间隙配合插接，上述超导段插接在插孔二7内。
上述绝缘密封装置由环氧套管8及密封圈9组成，上述环氧套管8与可分离常导段2配合插接并卡接在上盖1上，上述与环氧套管8对应的可分离常导段2外壁开有环槽，环槽内设有密封圈9，上述密封圈9与环氧套管8密封配合。
上述绝缘层包括有绝缘套管10及氮化铝叠片11，上述绝缘套管10插设在铜环4内圈并与过渡段铜件3插接，上述氮化铝叠片11分别设置在铜环4的上表面及下表面。
上述铜环4与螺母5之间设有平垫圈12，该平垫圈12与过渡段铜件3配合插接，上述平垫圈12设置在氮化铝叠片11上方。
上述超导段由高温超导带13和不锈钢支架钎焊而成，该高温超导带13可由第二代YBCO超导带（无铜稳定层）或者Bi-2223/Ag-Au带制成，其高温超导带13与不锈钢采用低温钎焊。上述铜环4与微型制冷机的第一级冷头热连接，确保铜环4能够运行在70K温度以下，将将来自常导段的焦耳热和传导热传递给制冷机，否则的话势必会造成高温超导带13用量的增加，提高成本。
绝缘套管10和氮化铝叠片11用来隔离铜环4和过渡段铜件3，氮化铝属于热导率较高的绝缘材料，螺母5和平垫圈12用来压紧氮化铝垫片，以保证铜环4与过渡铜件之间传热良好。
高温超导带13的下端通过低温超导线传导冷却，此温度必须保证低温超导线处于超导态。当磁体励磁达到需要的电流，超导开关转换至导通态，磁体电源关闭后，可分离常导段2可与过渡段铜件3脱离接触，但并不拔走。可分离常导段2给微型制冷机第一级冷头的传导热也同时切断。密封圈9用来防止氦气逸出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，包括设置在恒温器上盖的可分离常导段，所述可分离常导段设置有绝缘密封装置，所述可分离常导段一端插入恒温器内，所述恒温器内设置一过渡段铜件，该过渡段铜件下部插接有超导段，其特征在于：所述过渡段铜件上插接一铜环，所述铜环与过渡段铜件之间设有绝缘层，所述铜环通过螺母紧固在过渡段铜件上，所述过渡段铜件的两端分别设有插孔一及插孔二，插入恒温器内的可分离常导段的端部与插孔一间隙配合插接，所述超导段插接在插孔二内；
所述绝缘密封装置由环氧套管及密封圈组成，所述环氧套管与所述可分离常导段配合插接并卡接在所述恒温器的上盖上，与所述环氧套管对应的所述可分离常导段外壁开有环槽，所述环槽内设有密封圈，所述密封圈与所述环氧套管密封配合；
所述绝缘层包括有绝缘套管及氮化铝叠片，所述绝缘套管插设在铜环内圈内部并与所述过渡段铜件插接，所述氮化铝叠片分别设置在所述铜环的上表面及下表面；
所述超导段由高温超导带和不锈钢支架钎焊而成。
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