CN111587464A

CN111587464A - 具有热电池的超导磁体

Info

Publication number: CN111587464A
Application number: CN201980007968.8A
Authority: CN
Inventors: 胡泓
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-08-25
Also published as: WO2019138031A1; EP3738131A1; JP2021510931A; US20210065946A1

Abstract

一种超导磁体包括真空器皿(20)、被设置在所述真空器皿中的液氦器皿(14)和被设置在所述液氦器皿的超导磁体绕组(12)。热屏蔽件(22、24)与所述真空器皿的所述壁间隔开，并且至少部分地围绕所述液氦器皿。热电池(30)被设置在所述真空器皿中，并且与所述热屏蔽件热传导性接触。所述热电池可以包括密封容器(32)，并且可以包含多孔材料(34)，所述密封容器与所述热屏蔽件热传导性热接触，并且包含诸如氮的工作流体。在操作中，当所述磁体的主动冷却被关闭时，所述热电池通过所述工作流体经历固液或液气相变而吸收潜热来减慢所述磁体的变暖。

Description

具有热电池的超导磁体

技术领域

以下涉及涉及超导磁体领域、磁共振成像(MRI)领域、热管理领域以及相关领域。

背景技术

在用于磁共振成像(MRI)系统的典型超导磁体中，超导绕组通过被设置在真空器皿内部的LHe器皿中的液氦(LHe)来冷却。具有高热传导性的热屏蔽件片材也被设置在真空器皿内部以围绕LHe器皿。LHe器皿与热屏蔽件的壁间隔开，并且继而热屏蔽件与真空器皿的壁间隔开，使得从环境到LHe器皿内的热传递被抑制，因为这种热必须通过从真空器皿壁到热屏蔽件的向内辐射并且然后通过从热屏蔽件到LHe器皿的进一步辐射传递来进行传递。真空器皿的真空防止传导或对流热传递模式。在制造后，抽真空，将LHe器皿充满LHe。为了维持LHe处于低温(即，在4K以下)，冷头用来为LHe器皿提供制冷。冷头的第一级穿透到真空体积中，并且第一级冷站通过高导热链被连接到热屏蔽件，高导热链与被附接到热屏蔽件的热总线相连接。冷头的第二级继续进入LHe器皿，以将氦冷却至氦液化的温度(大约4.2K)之下。

在运送期间，冷头关闭并且磁体在加载LHe填料的情况下运送。在冷头关闭的情况下，依赖于真空套来提供足够的热绝缘，以在运送期间保持LHe填料保持处于其液态。在实践中，热屏蔽件的温度通常在磁体在冷头关闭的情况下的运输模式下相当快速地增加至大约100K。更一般地，主要由于可能在通过器皿支撑托架或其他传导路径的一些传导性热损失的情况下的辐射的自LHe器皿的热损失蒸发一部分LHe填料。这限制了可行的运输距离，和/或需要冷头在运输的部件期间的操作性接续(如果没有获得合适的电功率，这不是总是可能的)，和/或需要在磁体到达目的地之后添加额外的LHe(这是昂贵的且不方便的)。

除了运输之外，冷头可以由于其他原因而被关闭，诸如为了执行例程维护、磁体维修和/或测试，或由于电功率的意外损失。而且在此类情况下，自LHe填料的过多热渗漏会在冷头未操作的延长时段期间造成问题。在这些情况下，进一步可能的是超导磁体绕组正在超导状态下传导电流(即超导磁体正操作为提供磁场)。这里，LHe的损失也能够导致磁体淬火，这能够损坏磁体绕组并且需要重启磁体。

通过图示的方式，在一种超导磁体设计中，冷头被焊接到热屏蔽件和LHe器皿。这种设计的缺点是当冷头关闭时液氦的蒸发速率高。这不利地影响了用于将磁体从工厂运送到客户地点的运输时间(并且因此距离)。进一步地，高蒸发速率意味着磁体面对当冷头在操作期间关闭(故意地或无意地，例如由于功率中断)时变暖得足以使超导磁体淬火的显著可能性。

以下公开了某些改进。

发明内容

在本文中公开的一些实施例中，一种超导磁体包括：真空器皿；液氦器皿，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述真空器皿的壁间隔开；超导磁体绕组，其被设置在所述液氦器皿中；热屏蔽件，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述真空器皿的所述壁间隔开，并且与所述液氦器皿间隔开，并且至少部分地围绕所述液氦器皿；以及热电池(thermalbattery)，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述热屏蔽件热传导性接触。所述热电池可以包括与所述热屏蔽件热传导性接触的密封容器，并且可以还包括被设置在所述密封容器中的多孔材料。所述热电池可以还包括当处于其气相时填充所述密封容器的工作流体，所述工作流体具有在4K至100K之间的气/液相变温度和在4K至100K之间的液/固相变温度中的至少一个(以及任选地两者)。在一些实施例中，所述工作流体是氮。所述密封容器可以被焊接到所述热屏蔽件，和/或所述热屏蔽件形成所述密封容器的一个壁。所述超导磁体可以还包括冷头、第一级冷站和第二级冷站，所述冷头包括机动化驱动组件，所述第一级冷站与所述热屏蔽件或与所述热电池热连接，所述第二级冷站与所述液氦器皿热连接。

在本文中公开的一些实施例中，一种磁共振成像(MRI)设备包括：如在紧接的前一段落中阐述并且被布置为生成检查区域中的静态B₀磁场的超导磁体，以及用于将选定磁场梯度叠加到所述检查区域中的所述静态B₀磁场上的一组磁场梯度线圈。

在本文中公开的一些实施例中，一种超导磁体包括：真空器皿；液氦器皿，其被设置在所述真空器皿中；超导线圈绕组，其被设置在所述液氦器皿中；热屏蔽件，其被设置在所述真空器皿中，并且至少部分地围绕所述液氦器皿；以及热电池，其被设置在所述真空器皿中，并且包括被设置在密封容器中的氮，所述密封容器与所述热屏蔽件热传导性接触。

在本文中公开的一些实施例中，公开了一种操作超导磁体的方法。所述方法包括：关闭包含磁体绕组的液氦器皿的主动冷却，导致所述超导磁体的变暖；以及使用热电池减慢所述超导磁体的所述变暖，所述热电池与热屏蔽件热传导性接触，所述热屏蔽件至少部分地围绕所述超导磁体的所述液氦器皿。所述减慢可以包括通过所述热电池的工作流体由于所述超导磁体的所述变暖而经历固液和/或液气相变吸收潜热来减慢所述超导磁体的所述变暖。所述方法可以还包括，在关闭所述主动冷却之前：用工作流体填充所述热电池，所述工作流体包括处于液体状态的氮；以及在所述填充之后，打开所述主动冷却，由此所述液氦器皿被冷却以液化所述液氦器皿中的氦，并且处于所述液体状态的所述氮被转变为处于固体状态的氮。

一个优点在于提供了具有减少的液氦(LHe)汽化的超导磁体。

另一个优点在于提供了在冷头被关闭的长间隔期间具有降低的淬火可能性的超导磁体。

另一个优点在于提供了能够利用LHe填料运输更长距离的超导磁体。

另一个优点在于提供了能够使其冷头关闭更长时间间隔以便于更长距离运输和延长维护等的超导磁体。

另一个优点在于提供了在冷头被关闭或非操作的间隔期间具有减少的液氦蒸发的超导磁体。

另一个优点在于提供了一种用于超导磁体的热屏蔽件，尤其当主动制冷被暂时中断或关闭时，所述热屏蔽件为LHe器皿提供更高效的热屏蔽。

给定的实施例可以不提供前述优点，提供前述优点中的一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供本领域普通技术人员在阅读和理解了本公开内容后变得明显的其他优点。

附图说明

本发明可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。

图1和2分别图解性地图示了如本文中公开的包括具有热屏蔽件的超导磁体的磁共振成像(MRI)系统的侧剖视图和端剖视图，所述超导磁体包括热电池。

图3图解性地图示了热电池不包括多孔填充材料的备选实施例的端剖视图。

图4图解性地图示了热电池被布置为多个纵向条的备选实施例的端剖视图。

图5图解性地图示了用于给超导磁体装填液氦(LHe)的过程流和响应于冷头关闭或失去电功率而发生的事件流。

具体实施方式

在本文中公开的实施例中，超导磁体的热屏蔽件包括热电池，其使用被存储在氮(或另一工作流体，诸如氢或干燥空气)中的潜热来改善热性能。热电池的工作流体的一个或多个相变(例如固液相变和/或液气相变)操作为在运输模式(或当冷头未正操作以提供主动制冷时的其他时间)期间吸收热屏蔽件上的热负荷的一部分。在相变期间，工作流体的温度保持在固定温度。例如，固体氮在大约63K处融化为液体氮(LN)，并且因此保持在63K，因为融化过程吸收潜热。类似地，LN在大约77K处汽化为氮气，并且因此保持在77K，因为汽化过程吸收潜热。在固液相变或液气相变期间，工作流体的温度保持恒定，并且因此热屏蔽件保持在该温度。因此，减少到液氦(LHe)器皿的热负荷，并且预期也减少LHe的蒸发。蒸发导致超导磁体的LHe器皿内部的氦的损失。无套磁体具有相对高的蒸发速率，并且所公开的方法采用热电池来降低蒸发速率。在密封磁体设计的情况下，所公开的热电池由于当冷头关闭时降低热屏蔽件上的温度增加而增加穿越时间。

在一些图示性实施例中，被焊接到热屏蔽件的热电池包括密封器皿，所述密封器皿包含多孔材料(例如，多孔金属)并且被填充有氮作为工作流体。当冷头未正在操作时，热屏蔽件上的热负荷被金属多孔材料和氮吸收。当氮经历固液或液气相变时，它吸收潜热，在相变的过程中将热屏蔽件维持在融化或汽化温度，并且由此延迟进一步温度增加直至相变结束。另一方面，在正常磁体操作期间，热屏蔽件通常被冷却至远低于氮的～63K融点(例如在一些超导磁体设计中，预期热屏蔽件在正常操作期间处于大约35-40K)，因此氮在磁体的正常操作期间处于固相。因此，热电池不影响正常操作。

在制造过程期间，氮例如以液体氮(LN)的方式被注射到热电池内。在磁体操作期间，氮被冷冻为固体。当通过冷头的操作的主动制冷停止(故意关闭或由于冷头的故障或到冷头的电功率的失去而停止)时，来自环境(例如，大约290-300K的室温)的热将会首先融化固体氮并且然后汽化液体氮。从300K至80K范围，氮将会具有两个相变阶段。

所公开的采用包括热电池的热屏蔽件的方法有利地能够被单独或结合(一个或多个)基本上任何其他热管理配置来使用。所公开的方法也能够与利用热屏蔽件的任何超导磁体设计一起使用。当热屏蔽件被设置在真空器皿中时，它应当是不渗漏的以防止氮渗漏到真空器皿内，氮渗漏到真空器皿内会损害真空并且引入有害的传导或对流热传递。

在一个计算的设计中，被建立在一种商用MRI超导磁体的热屏蔽件上的600mm宽、10mm厚的热电池应当在运送模式中花费大约13天将热屏蔽件加热至77.35K。氦的蒸发被显著降低。对于短距离运输，预期具有所公开的改进的磁体即使在冷头关闭的情况下也维持零蒸发(ZBO)。

在正常操作模式中，热电池降低热屏蔽件上的温度梯度。因此，热裕量被改善。

在一个考虑的制造方法中，热电池的不渗漏容器被焊接到40K热屏蔽件。液体氮被泵送到热电池直至它遍及氮重新填充和通气端口填满。冷头然后被打开以主动制冷热屏蔽件和热电池。内部的氮将会被冷却为固体。冷却能量在液固相变期间以潜热的方式被释放。热电池能够在现场通过重新填充液体氮(如果它已经由于耦合渗透或或用于维护的故意通气等而被损失)并且打开冷头而被重新装填。

现在参考图1和2，示出了图示性磁共振成像(MRI)设备10的图解性侧剖视图(图1)和端剖视图(图2)，磁共振成像(MRI)设备10采用超导磁体。磁体包括超导线圈绕组12(例如，铜或铜合金基体中的铌-钛或铌-锡线或细丝，但是考虑了其他超导线圈绕组类型)。线或带本身可以由被设置在液氦(LHe)器皿14中的铜基体中的超导体的微小细丝(大约20微米厚)制作，液氦(LHe)器皿14大部分被填充有LHe；然而，在LHe水平16之上存在气态氦(气体He)超压。图示性MRI设备10采用水平膛磁体，其中，超导磁体在形状上一般是圆柱形的，并且围绕(即限定)水平膛18形式的检查区域18；然而，还考虑了具有以另外的方式成形的检查区域的其他磁体几何形状。为了避免从环境空气到LHe器皿14的传导或对流热传递它被设置在真空器皿20内部。在图1中通过阴影图解性地指示了被真空器皿20包含的真空体积。

为了进一步对LHe器皿14进行热屏蔽，它被热屏蔽件22、24部分地或完全地围绕，热屏蔽件22、24也被设置在真空器皿20内部。热屏蔽件22、24被设置在真空器皿20中并且与真空器皿20的壁间隔开，并且热屏蔽件22、24与液氦器皿14间隔开并且至少部分地围绕液氦器皿14。图示性热屏蔽件22、24包括外热屏蔽件壁22和内热屏蔽件壁24以为图示性水平膛磁体的圆柱形LHe器皿14的外和内圆周壁两者提供热屏蔽。热屏蔽件22、24优选地由坚固热传导性材料诸如铝合金片材(或铜合金片材或一些其他高热传导性片材)制作，并且大部分或完全围绕LHe器皿14。热屏蔽件22、24与真空器皿20的壁间隔开以避免从热屏蔽件22、24到LHe器皿14内的热传导。(热屏蔽件22、24和LHe器皿14可以通过支柱、托架等(未示出)被结构地支撑在真空器皿20内，支柱、托架等被设计为通过被制作得薄和/或由低热传导性的材料制作来最小化热传导)。在一些实施例中，热屏蔽件22、24的壁22和24可以包括与彼此间隔开的两个或更多个片或层(变体未示出)。

图示性热屏蔽件22、24还包括，或被固定有或包含热电池30，热电池30包含工作流体，所述工作流体当热屏蔽件在当超导磁体从环境温度降至其操作温度时操作为在磁体线圈12中携带超导磁体电流时经历至少一个相变(气液和/或固液)。换言之，热电池30包括具有在4K(例如液氦温度)与100K之间的气/液相变温度和液/固相变温度中的至少一个的工作流体。在一些实施例中，工作流体具有在4K至100K之间的气/液相变温度和在4K至100K之间的液/固相变温度两者。在图示性实施例中，工作流体是在大约77K处经历气液转变并且在大约63K处经历液固转变的氮。氮具有有利的相变温度，并且有利地是不昂贵的。其他考虑的工作流体包括氢气(大约20K的气/液转变温度和大约14K的液/固相变温度)或干燥空气(其中，水气应当是充分低的以避免在冷冻之后生成过多水冰；干燥空气具有大约79K的气/液转变温度和大约58K的液/固相变温度)。图示性热电池30包括密封容器32，密封容器32包含当处于其气体阶段时填充密封容器32的工作流体(例如氮)。容器32应当被气密地密封以防止工作流体渗漏到真空器皿20的真空体积内而支持传导或对流热传递模式。密封容器32被焊接到热屏蔽件22、24(或者与热屏蔽件22、24热传导性接触)。在图示性实施例中，热屏蔽件壁22形成密封容器32的一个壁22。

图示性热电池30还包括被设置在密封容器32中的多孔材料34。例如，多孔材料34能够例如是多孔铝或铝合金、不锈钢、铜或铜合金、氧化铝等等。孔隙能够以各种方式来获得，诸如是颗粒状或小球状或粉未状形式。多孔材料34是任选的，但是预期在密封容器32的体积内改善相变的空间均匀性。多孔材料的孔隙能够被以各种方式量化(例如以空隙或开放空间的百分比的方式)，并且热电池的热能力然后是工作流体的每单体积的热能力乘以密封容器的体积乘以空隙百分比，假设工作流体能够完全填充多孔材料的空隙或开放空间。多孔材料应当优选地具有颗粒或小球等等之间的大部分或完全互连的空隙或空间，使得工作流体(例如氮)能够容易地填充孔隙。

为了给密封容器32装填氮或另一工作流体，提供了填充管路36和通气管路38(在图2中示出但未在图1中示出)。例如，在一个考虑的装填顺序中，液体氮经由填充管路36流入密封容器32，并且排出的空气和任何汽化的氮经由通气管路38离开。在变体顺序中，在液体氮经由填充管路36流入密封容器之前或时，经由通气管路38抽吸真空。还考虑了其他装填顺序。

继续参考图1和2，冷头40使用工作流体(诸如氦)执行制冷循环，以提供对LHe器皿14的主动冷却，并且还提供热屏蔽件22、24的主动冷却。冷头40穿过真空器皿20的外壁进入真空体积。冷头40的暖端42通过一个或多个焊缝44被焊接到真空器皿20的外壁。机动化驱动组件46被连接到冷头40的暖端42(并且可以被视为暖端42的一部分)，并且包括驱动移位器(内部部件未示出)以根据制冷循环引起工作流体的周期性压缩和膨胀的马达。机动化驱动组件46的至少一部分在真空套20的外部并且因此暴露于环境空气，并且这包括用于附接一个或多个电功率电缆的连接器和用于注射工作流体的一个或多个软管(电缆和软管未示出)。图示性冷头40是圆柱形冷头，但是考虑了其他几何形状。图示性冷头40是具有第一级冷站50和第二级冷站52的二级设计。第一级冷站50通过热导体51(例如铜编织物、电缆等等)来连接，所述热导体被直接焊接、铜焊或者固定到热屏蔽件22、24或者(如图所示)到所附接的热电池30。(注意，如果存在多于一个热屏蔽件，那么热电池优选地被固定到第一级冷站被连接到的热屏蔽件)。第二级冷站52穿入液氦器皿14以与液氦器皿热连接并且冷却液氦器皿。冷头40被设计并且被操作为将第二级冷站52冷却至液氦的温度(大约4K)之下，并且将第一级冷站50冷却至对于热屏蔽件22、24冷却仍然足够低以提供LHe器皿14的有效热屏蔽的更高温度。在其操作(完全冷却)状态下，第一级冷站50维持热屏蔽件22、24和热电池30处于低到足以热电池的工作流体(例如氮)至少被液化为LN并且在图示性实施例中被固化为固体氮的温度。更一般地，在其操作状态下，第一级冷站50冷却工作流体，使得相比于室温(例如290K)，工作流体已经经历至少一个相变(例如，如果工作流体在290K处在气体状态下，那么它在操作状态下是液体或固体；或，如果工作流体在290K处在液体状态下，那么它在操作状态下是固体)。为了提供不漏真空密封，冷头40通常被焊接到真空器皿20的外壁并且到LHe器皿14的外壁。

为了操作超导磁体，LHe填料经由合适的填充管路(未示出)被加载到LHe器皿14内。还提供了用于插入导电引线等(未示出)的填充管路或另一进入路径用于与磁体绕组12连接并且电激励磁体绕组12。流过这些绕组12的静电流生成静态B₀磁场，如在图1中在水平膛磁体的图示性情况下指示，其为水平的。在将磁体绕组12中的电流斜升至被选择为提供期望|B₀|磁场强度的水平之后，触头能够被撤回并且此后超导磁体绕组12的零电阻确保电流继续以持续方式流动。从此之后，LHe器皿14中的LHe填料应当被维持；否则，超导绕组12会变暖至在磁体绕组12的超导临界温度之上的温度，导致磁体的淬火。(为了在LHe填料必须被移除的情况下提供受控的关闭，导线优选地被再次插入并且在移除LHe填料之前磁体电流坡降值零)。所述MRI设备任选地包括本领域中已知的各种其他部件，诸如用于沿x、y和/或z方向将选定磁场梯度叠加到检查区域18中的B₀磁场的一组磁场梯度线圈54(仅在图1中示出)、用于激励和/或检测磁共振信号的全身射频(RF)线圈(未示出)、用于将医学患者或其他成像对象加载到MRI设备10的膛18以便进行成像的患者卧榻(未示出)等等。

当冷头在操作中时，冷头40使LHe器皿14变冷。然而，冷头40偶尔被关闭。这可以被故意完成以为磁体的维护、运送等等作准备，或可能由于一些故障而意外发生。每当冷头被关闭任何延长的时间段时，主动制冷的损失就会导致来自室温处(通常在大约290-300K处)的环境空气的热辐射通过真空从而使(不再主动冷却的)热屏蔽件22、24变暖；并且，随着热屏蔽件变暖，热从热屏蔽件22、24辐射到(不再主动冷却的)LHe器皿14，引起LHe的蒸发并且最终磁体绕组12的淬火，如果它们正携带超导电流。

热电池30有利地通过热电池30的工作流体(例如氮)由于超导磁体的变暖而经历固液相变的吸收潜热来减慢超导磁体的变暖，并且通过热电池30的工作流体(例如氮)随后由于超导磁体的变暖而经历液气相变的吸收潜热来减慢超导磁体的变暖来进一步减慢超导磁体的变暖。

图1和2的图示性热电池30能够具有许多变体，同时保留通过由工作流体(例如氮)在(一个或多个)固液和/或液气相变期间吸收潜热来减慢超导磁体的变暖的前述操作。

参考图3，图示了替代实施例。该实施例与图1和2的实施例完全相同，除了多孔材料34被省略。因此，在图3的实施例中，密封容器32仅包含工作流体(例如氮)但不包含多孔材料34。

参考图4，图示了另一备选实施例。该实施例与图1和2的实施例完全相同(并且包括多孔材料34)，但是图1和2的实施例的密封容器32在图4的实施例中用均与热屏蔽件(22、24)热传导性接触的多个密封容器部分32_N来代替。部分32_N的数量在图示性图4中是七个，但是能够多于或少于此。图4未图示填充和通气管路36、38，但是这些可以在图4的实施例中被以各种方式布置。例如，在一种方法中，每个密封容器部分32_N具有它自己的填充和通气管路，并且所述部分后来被填充或使用合适的外部歧管管道被同时填充。在另一方法中，连接管在密封容器部分32_N之间行进，借此它们能够经由单组填充/通气管路被同时填充。

每个图示性密封容器部分32_N包括在图4中的端视图中示出的矩形条，其中，条形密封容器部分32_N被平行地布置并且被分布在外热屏蔽件壁22的圆周周围。然而，考虑了其他几何构造，诸如密封容器部分是围绕外热屏蔽件壁22设置的多个间隔开的矩形环。作为另一考虑的变体(未示出)一个或多个密封容器部分可以被焊接到内热屏蔽件壁24(或者被设置在内热屏蔽件壁24上)。

参考图5，示出了可以操作图1和2(或备选地，图3或图4)的超导磁体的图示性过程。图5的左侧部分图示了冷却阶段。在操作60中，热电池30被填充以液体氮(LN)。换言之，氮填料已经处于液体形式。因此，热电池填充操作60操作为使电池30变冷并且将热屏蔽件22、24热连接到液体氮的温度(即大约77K)。在初始填充阶段期间，液体氮将会“吹气”，因为它由于密封容器32最初处于室温而汽化。流动的液体氮以这种方式冷却密封容器32，并且一旦密封容器32到达液体氮的温度，它就开始填充有液体氮。在热电池30在被装填有处于液相的氮之后，在操作62中，冷头40被打开以开始超导磁体的主动冷却。由于冷头40的操作，热屏蔽件22、24通过经由连接热导体51到第一级冷站50的热传递的作用被(进一步)冷却，并且同时液氦器皿20通过到被设置在氦中或要不然与液氦器皿20热连接的第二级冷站52的热传递的作用被冷却。

如通过方框64指示的，随着主动冷却进行，热电池30的温度最终降至液体氮经历到固体氮的相变的温度(～63K)。此时，热屏蔽件22、24的进一步冷却将会暂时停止，因为进一步冷却从液体氮提取潜热从而影响到固体氮的相变。在相变结束之后，密封容器32包含固体氮(并且我头发选地，多孔材料34)，此时经由第一级冷站50的主动冷却继续降低热屏蔽件22、24的温度。同时，液氦器皿14继续通过第二级冷站52的作用冷却，直至到达氦器皿14中的氦在大约4K的温度处被液化(除了气态氦的超压)的稳态并且热屏蔽件22、24到达其稳态温度(例如在一些超导磁体设计中大约35-40K)。热屏蔽件22、24的稳态温度此时不受热电池30显著影响，因为氮现在被固化。尽管图5中未示出，但是在到达通过主动冷却被维持的稳态温度之后，超导线圈绕组12可以使用已知的技术被激励以建立绕组12中的持续磁体电流，因此提供图1中指示的B₀静态磁场。

继续参考图5，右侧部分图示了当按照操作70在磁体的运送之前关闭冷头40(或者替代地在磁体维护之前，或者替代地，操作70可以表示由于到冷头40的电功率的失去或由于冷头40的故障等等的主动冷却的意外失去)时什么发生。70处的主动冷却的失去导致超导磁体的变暖。最初，液氦保持处于液相，因为氦器皿14处于由真空器皿20提供的真空(因此，不易受通过热传导或对流的显著热进入影响)，并且被热屏蔽件22、24热热屏。因此，氦器皿14最初保持在液氦的温度(例如大约4K)。然而，热屏蔽件22、24和所焊接的热电池30由于从真空器皿20的周围壁的辐射热进入而开始变暖。

如通过方框72指示的，这种变暖继续直至热电池30到达固体氮转变为液相的温度(即大约63K)。此时，温度升高被中断，因为辐射热现在替代地被吸收作为引起从固体氮到液体氮的相变的潜热。在固体氮已经转变为液体氮(使得密封容器32现在包含液体氮而非固体氮)之后，变暖继续并且热屏蔽件22、24和所焊接的热电池30的温度开始再次变暖。这继续，直至如通过方框74指示的，热电池30到达液体氮转变为气相的温度(即大约77K)。此时，温度升高第二次被中断，因为辐射热现在替代地被吸收作为引起从液体到气体的相变的潜热。在液体氮已经转变为气体氮(使得密封容器32现在包含气体氮而非液体氮)之后，变暖继续并且热屏蔽件22、24和所焊接的热电池30的温度开始再次变暖。

一旦热电池30中的氮已经转变为气体，热电池就不再操作以减慢超导磁体的变暖。最终，氦器皿14与变暖的热屏蔽件22、24之间的温度差将会导致氦的液气转变，即导致氦蒸发并且最终磁体绕组12的淬火，如果它们携带持续电流。实际上，然而，预期到冷头40将会在这发生之前被重新打开，如通过流动箭头78返回到冷头被打开的操作62指示的。应意识到，如果在固体氮已经转变为液体(方框72)之后但是在液体氮已经转变为气体(方框74)之前冷头被重新打开，那么则不会到达这种液气转变。

已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的具体描述的情况下可以想到修改和替代。本文旨在将示范性实施例解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围内。

Claims

1.一种超导磁体，包括：

真空器皿(20)；

液氦器皿(14)，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述真空器皿的壁间隔开；

超导磁体绕组(12)，其被设置在所述液氦器皿中；

热屏蔽件(22、24)，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述真空器皿的所述壁间隔开，并且与所述液氦器皿间隔开，并且至少部分地围绕所述液氦器皿；以及

热电池(30)，其被设置在所述真空器皿中，并且与所述热屏蔽件热传导性接触。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)包括与所述热屏蔽件(22、24)热传导性接触的密封容器(32)。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)还包括被设置在所述密封容器(32)中的多孔材料(34)。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其中，所述多孔材料(34)包括颗粒状、小球状或粉末状铝、铝合金、不锈钢、铜或铜合金材料。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)还包括工作流体，所述工作流体当处于其气相时填充所述密封容器(32)，所述工作流体具有在4K至100K之间的气/液相变温度和在4K至100K之间的液/固相变温度中的至少一个。

6.根据权利要求2-4中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)还包括工作流体，所述工作流体当处于其气相时填充所述密封容器(32)，所述工作流体具有在4K至100K之间的气/液相变温度和在4K至100K之间的液/固相变温度两者。

7.根据权利要求2-4中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)还包括氮工作流体，所述氮工作流体当处于其气相时填充所述密封容器(32)。

8.根据权利要求2-7中的任一项所述的超导磁体，其中，以下中的至少一项：

所述密封容器(32)被焊接到所述热屏蔽件(22、24)；或者

所述热屏蔽件(22、24)形成所述密封容器(32)的一个壁(22)。

9.根据权利要求2-8中的任一项所述的超导磁体，其中，所述密封容器(32)包括多个密封容器部分(32_N)，每个密封容器部分均与所述热屏蔽件(22、24)热传导性接触。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的超导磁体，还包括：

冷头(40)，其包括机动化驱动组件(46)；第一级冷站(50)，其与所述热屏蔽件(22、24)或与所述热电池(30)热连接；以及第二级冷站(52)，其与所述液氦器皿(14)热连接。

11.一种磁共振成像(MRI)设备，包括：

根据权利要求1-10中的任一项所述的超导磁体，所述超导磁体被布置为生成检查区域(18)中的静态B₀磁场；以及

一组磁场梯度线圈(54)，所述一组磁场梯度线圈(54)用于将选定磁场梯度叠加到所述检查区域中的所述静态B₀磁场上。

12.一种超导磁体，包括：

真空器皿(20)；

液氦器皿(14)，其被设置在所述真空器皿中；

超导线圈绕组(12)，其被设置在所述液氦器皿中；

热屏蔽件(22、24)，其被设置在所述真空器皿中，并且至少部分地围绕所述液氦器皿；以及

热电池(30)，其被设置在所述真空器皿中，并且包括被设置在密封容器(32)中的氮，所述密封容器(32)与所述热屏蔽件热传导性接触。

13.根据权利要求12所述的超导磁体，其中，所述热电池(30)还包括被设置在所述密封容器(32)中的多孔材料(34)。

14.根据权利要求13所述的超导磁体，其中，所述多孔材料(34)包括颗粒状、小球状或粉末状的铝、铝合金、不锈钢、铜或铜合金材料。

15.根据权利要求12-14中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热屏蔽件(22、24)包括片状金属，并且所述密封容器(32)被焊接到所述热屏蔽件。

16.根据权利要求12-14中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热屏蔽件(22、24)形成所述密封容器(32)的一个壁(22)。

17.根据权利要求12-16中的任一项所述的超导磁体，其中，所述密封容器(32)包括多个密封容器部分(32_N)，每个密封容器部分均与所述热屏蔽件(22、24)热传导性接触。

18.根据权利要求12-17中的任一项所述的超导磁体，还包括：

冷头(40)其包括机动化驱动组件(46)；第一级冷站(50)，其与所述热屏蔽件(22、24)或与所述热电池(30)热连接；以及第二级冷站(52)，其与所述液氦器皿(14)热连接。

19.一种操作超导磁体的方法，所述方法包括：

关闭对包含磁体绕组(12)的液氦器皿(14)的主动冷却，从而引起所述超导磁体的变暖；并且

使用热电池(30)减慢所述超导磁体的所述变暖，所述热电池与热屏蔽件(22、24)热传导性接触，所述热屏蔽件至少部分地围绕所述超导磁体的所述液氦器皿。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述减慢包括以下中的至少一项：

通过所述热电池(30)的工作流体由于所述超导磁体的所述变暖而经历固液相变吸收潜热来减慢所述超导磁体的所述变暖；以及

通过所述热电池(30)的所述工作流体由于所述超导磁体的所述变暖而经历液气相变吸收潜热来减慢所述超导磁体的所述变暖。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述减慢包括：

至少部分地通过所述热电池(30)的氮由于所述超导磁体的所述变暖而经历固液相变吸收潜热来减慢所述超导磁体的所述变暖。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述减慢还包括：

通过所述热电池(30)的所述氮在所述固液相变之后经历液气相变吸收潜热来进一步减慢所述超导磁体的所述变暖。

23.根据权利要求19-22中的任一项所述的方法，还包括，在关闭所述主动冷却之前：

用工作流体填充所述热电池(30)，所述工作流体包括处于液体状态的氮；以及

在所述填充之后，打开所述主动冷却，由此所述液氦器皿(14)被冷却以液化所述液氦器皿中的氦，并且处于所述液体状态的所述氮被转变为处于固体状态的氮。