CS260727B1

CS260727B1 - Superconducting electromagnet for nuclear magnetic resonance

Info

Publication number: CS260727B1
Application number: CS872941A
Authority: CS
Inventors: Josef Jelinek; Ales Srnka; Jiri Studenik
Original assignee: Josef Jelinek; Ales Srnka; Jiri Studenik
Priority date: 1987-04-25
Filing date: 1987-04-25
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS294187A1

Abstract

Konstrukce popisuje supravodivý elektromagnet, jehož podstatou jsou nejméně tři soustředné kostry, které jsou rozebíratelně na sobě nasunuty a vůči sobě axiálně a otočně přestavitelné. Na nich jsou navinuta hlavní vinutí vnitřní a vnější kompenzační vinutí.The design describes a superconducting electromagnet, the essence of which is at least three concentric frames, which are detachably inserted on top of each other and can be adjusted axially and rotatably with respect to each other. The main windings, the inner windings and the outer compensation windings are wound on them.

Description

Vynález se týká konstrukčního uspořádání supravodivého elektromagnetu pro nukleární magnetickou rezonanci, určeného k vestavění do heliového kryostatu.The present invention relates to a structure of a superconducting nuclear magnetic resonance electromagnet for incorporation in a helium cryostat.

Supravodivé elektromagnety pro nukleární magnetickou rezonanci mají často na společné kostře celé vinutí, včetně vnitrních i vnějších kompenzačních cívek. V případě závady je nutno provést demontáž magnetu a podle místa poruchy odvinout a znovu navíjet i celé vinutí. Při nastavování požadovaného profilu magnetického pole vyrobeného magnetu je nutno měnit počet závitů vinutí, což nelze provést bez částečné demontáže kostry, odstranění a znovu vy tvoření supravodivých spojů.Superconducting nuclear magnetic resonance electromagnets often have the entire winding on a common frame, including both internal and external compensating coils. In the event of a fault, the magnet must be removed and the entire winding must be unwound and rewound, depending on the fault location. When adjusting the desired magnetic field profile of the magnet produced, it is necessary to change the number of windings, which cannot be done without partially dismantling the frame, removing and recreating superconducting connections.

Zvlášť obtížné je provedení těchto úprav u vinutí, která jsou pro zvýšení stability zalita například pryskyřicí. Vinutí zalitá pryskyřicí jsou v případě závady neopravitelná. Neaxiální deformace magnetického pole, vzniklé vlivem axiálně dělené vnější kostry, jsou prakticky také neodstranitelné. Testování sledovaných parametrů, například indukce, profil pole, lze provést až po navinutí celé soustavy. Soustava pevně umístěných supravodivých korekcí neumožňuje ztotožnit jejich střed s geometrickým nebo s magnetickým středem soustavy.It is particularly difficult to carry out these modifications on windings which are, for example, encapsulated with resin to increase stability. Resin encapsulated windings are irreparable in the event of a fault. The non-axial deformations of the magnetic field due to the axially split outer skeleton are virtually irremovable. Testing of monitored parameters, such as induction, field profile, can be done after winding the whole system. The set of fixed superconducting corrections does not allow to align their center with the geometric or magnetic center of the system.

Tyto dosavadní nedostatky odstraňuje supravodivý elektromagnet, jehož podstatou je, že je tvořen nejméně třemi soustřednými kostrami s vinutími, které jsou nasunuty rozebíratelně na sobě, a vůči sobě axiálně i otočně přestavitelně, přičemž na vnitřní kostře je navinuta část hlavního i vnitřního kompenzačního vinutí, na střední kostře zbývající část hlavního vinutí, zatímco na vnějších samostatných kostrách je vnější kompenzační vinutí.These previous drawbacks are eliminated by a superconducting electromagnet, which consists of at least three concentric coil bodies with windings which are detachably stacked on top of each other and axially and rotatably adjustable relative to each other. in the middle frame, the remainder of the main winding, while on the outer separate frames there is an external compensating winding.

Uvedené konstrukční uspořádání poskytuje více stupňů volnosti při výpočtu geometrie soustavy pro dosažení optimální konfigurace magnetického- pole. Skutečný profil pole realizovaného magnetu se vždy liší od profilu vypočteného, například vlivem kontrakcí po ochlazení, nerovnoměrnou proudovou hustotou ve vinutí, magnetizací materiálů a magnetickými silami. Požadovaného profilu pole lze podle předloženého řešení dosáhnout jednoduchými mechanickými prostředky — natáčením -a posouváním jednotlivých vinutí, aniž je třeba v -nich měnit počet závitů bez nutnosti odstranění a znovu vytváření supravodivých spojů.Said design provides more degrees of freedom in calculating the geometry of the system to achieve an optimal magnetic field configuration. The actual field profile of the realized magnet always differs from the calculated one, for example due to contractions after cooling, uneven current density in the winding, magnetization of materials and magnetic forces. According to the present invention, the desired field profile can be achieved by simple mechanical means - turning and shifting the individual windings without having to change the number of turns without removing and recreating superconducting joints.

Další výhodou je nezávislost pořadí výroby a testování jednotlivých částí vinutí, jejich záměnnost v případě poruchy a možný výběr pro- dosažení optimální konfigurace pole. Konstrukce umožňuje provoz supravodivého magnetu i při snížené hladině kapalného helia pod horní desku magnetu.Another advantage is the independence of the order of manufacture and testing of the individual winding parts, their interchangeability in the event of failure and possible selection for optimum field configuration. The design allows the operation of a superconducting magnet even at a reduced level of liquid helium below the top plate of the magnet.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, na kterém je naznačen v. řezu supravodivý elektromagnet se soustavou supravodivých korekcí.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing in which a superconducting electromagnet with a superconducting correction system is shown in cross-section.

Magnet podle přiloženého obrázku sestává z vnitřní kostry 1, střední kostry 2 a vnějších koster 3a, 3b. Kostry jsou upevněny na dolní desce 7 spolu se supravodivými klíči 6 a supravodivými spoji 5. První část hl-avního vinutí 10a i vnitřní kompenzační vinutí 11a, 11b jsou navinuta na vnitřní kostře 1. Druhá část hlavního vinutí 10b je navinuta na střední kc-stře 2. Vnější kompenzační vinutí 12a, 12b jsou na samostatných vnějších kostrách 3a, 3b. V případě potřeby je elektromagnet doplněn vinutími 13 supravodivých korekcí na další kostře 4. K upevnění druhé vnější kostry 3b slouží horní deska 8.The magnet according to the enclosed figure consists of an inner frame 1, a middle frame 2 and an outer frame 3a, 3b. The carcasses are mounted on the bottom plate 7 together with superconducting keys 6 and superconducting joints 5. The first portion of the main winding 10a and the internal compensating winding 11a, 11b are wound on the inner carcass 1. The second portion of the main winding 10b is wound on the middle 2. The external compensating windings 12a, 12b are provided on separate external carcasses 3a, 3b. If necessary, the electromagnet is supplemented with superconducting correction windings 13 on another frame 4. The top plate 8 serves to secure the second outer frame 3b.

Při sestavování elektromagnetu se na dolní desku 7 nejprve upevní vnitřní kostra 1 s první částí hlavního vinutí 10a spolu s vnitřními kompenzačními vinutími 11a, 11b. Dále se na -dolní desku 7 upevní střední kostr-a 2 s druhou částí hlavního vinutí 10b. Vnější samostatné kostry 3a, 3b s vnějšími kompenzačními vinutími 12a, 12b jsou fixovány s potřebnými distancemi k dolní desce 7, první vnější kostra 3a a k horní desce 8, druhá vnější kostra 3b. Na tuto základní sestavu elektromagnetu je nasunuta další kostra 4 s vinutími 13 supravodivých korekcí a upevněna k dolní desce 7 -nebo k horní desce 8.When assembling the electromagnet, the inner frame 1 with the first part of the main winding 10a together with the internal compensating windings 11a, 11b is first fixed to the lower plate 7. Next, the middle frame 2 is fastened to the bottom plate 7 with the second part of the main winding 10b. The outer individual carcasses 3a, 3b with the external compensating windings 12a, 12b are fixed with the necessary distances to the lower plate 7, the first outer carcass 3a and to the upper plate 8, the second outer carcass 3b. A further frame 4 with superconducting correction windings 13 is slid onto this basic electromagnet assembly and is fastened to the bottom plate 7 or the top plate 8.

Po změření axiálního profilu magnetického pole takto sestaveného elektromagnetu se provede úprava jeho průběhu do požadovaného tvaru změnou polohy vnějších koster 3a a- 3b s vnějšími kompenzačními vinutími 12a, 12b, např. podložkami vůči dolní desce 7 a horní desce 8, nebo i vzájemným axiálním posunutím vnitřní kostry 1 a střední kostry 2. Podobně se axiální změnou polohy další kostry 4 s vinutími 13 supravodivých korekcí nastaví jejich střed tak, -a-by korespondoval s geometrickým nebo magnetickým středem vlastního supravodivého elektromagnetu tvořeného vinutími n-a předchozí sestavě vnitřní, střední a vnějších koster 1, 2, 3a, 3b.After measuring the axial profile of the magnetic field of the thus assembled electromagnet, the waveform is adjusted to the desired shape by changing the position of the outer skeletons 3a and 3b with the external compensating windings 12a, 12b, for example with washers relative to the bottom plate 7 and top plate 8, or even by axial displacement Similarly, by axially repositioning another carcass 4 with superconducting correction windings 13, their center is adjusted to correspond to the geometric or magnetic center of the actual superconducting electromagnet formed by the windings on the previous assembly of the inner, middle and outer skeletons. 1, 2, 3a, 3b.

Neaxiální deformace magnetického pole se korigují vzájemným natáčením vnitřní kostry 1, střední kostry 2 a s vinutími hlavními a kompenzačními 10a, 10b, 11a, 11b. V případě, že je již vyrobeno více kusů těchto vinutí 10a, 10b, 11a a 11b, korekce se provede nalezením nejvhodnější kombinace. Možnost záměny dílů je velmi výhodná i v případě poruchy -a nutnosti opravy některé části.The non-axial deformations of the magnetic field are corrected by relative rotation of the inner carcass 1, the middle carcass 2, and the main and compensating windings 10a, 10b, 11a, 11b. If several pieces of these windings 10a, 10b, 11a and 11b are already manufactured, the correction is made by finding the most suitable combination. The possibility of replacement of parts is very advantageous even in the case of failure - and need to repair some parts.

Claims

'1. A superconducting nuclear magnetic resonance electromagnet for embedding in a helium cryostat, characterized in that it consists of at least three concentric frames (1, 2, 3) with windings which are slidably detachable on top of each other and axially and rotatably adjustable relative to each other. the first part of the main winding (10a) is wound on the inner frame (1) together with the internal compensating winding (11a, 11b), on the middle frame (2) the second part of the main winding of the invention (10b) is wound 3b), the external compensation winding (12a, 12b), the superconducting connections (5) and the superconducting keys (6) are located on the bottom plate (7).

A superconducting electromagnet according to claim 1, characterized in that a further frame (4) with superconducting correction windings (13) is slid onto the outer carcasses (3a, 3b) of the external compensating windings (12a, 12b).