DD220416A1 - GRADIENT COIL ASSEMBLY FOR EPR-TESTMATOGRAPHY - Google Patents
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Abstract
DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF DIE MESSUNG DER RAEUMLICHEN VERTEILUNG VON ELEKTRONENPARAMAGNETISCHEN ZENTREN. ZIEL DER ERFINDUNG IST ES, DIE RAEUMLICHE AUFLOESUNG IN DER EPR-ZEUGMATOGRAPHIE UM EIN VIELFACHES ZU ERHOEHEN, UM AUFLOESUNGEN IN Z-RICHTUNG VON MINDESTENS 10 UM ZU ERREICHEN. DER ERFINDUNG LIEGT DIE AUFGABE ZUGRUNDE, DIE KUEHLUNG DER GRADIENTENSPULEN SO ZU VERBESSERN, DASS DIE ABFUEHRUNG DER WAERME, DIE BEI DER ERZEUGUNG EINES VIELFACH STAERKEREN MAGNETFELDGRADIENTEN ALS BISHER ENTSTEHT, DER WERTE BIS ZU 0,15T/CM ANNEHMEN KANN, GEWAEHRLEISTET IST. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DAS DADURCH ERREICHT, DASS JEDE GRADIENTENSPULE AUS ZWEI ELEKTRISCH IN REIHE GESCHLATETEN EINZELSPULEN BESTEHT, DIE IN SICH GEGENUEBERLIEGENDEN GEHAEUSEWAENDEN EINES SPULENGEHAEUSES SO ANGEORDNET SIND, DASS ZWISCHEN DEN EINZELSPULEN EIN FREIER RAUM ALS KUEHLKANAL VERBLEIBT. ANWENDUNGSGEBIET IST INSBESONDERE DIE EPR-ZEUGMATOGRAPHIE MIT MODULIERTEM GRADIENTEN.The invention relates to the measurement of the spatial distribution of electron paramagnetic centers. THE OBJECTIVE OF THE INVENTION IS TO INCREASE MUCH THE ROLEAL RESOLUTION IN EPR-TEST MUTOGRAPHY IN ORDER TO ACHIEVE RESOLUTIONS IN Z-DIRECTION OF AT LEAST 10 μm. THE OBJECT OF THE INVENTION IS THEREFORE TO IMPROVE THE REFRIGERATION OF THE GRADIENT COILS SO THAT THE REMOVAL OF THE HEAT THAT MAY HAVE BEEN CREATED IN THE MANUFACTURE OF A MORE THAN MORE MAGNIFICENT MAGNETIC FIELD GRADIENT CAN TAKE UP TO 0.15T / CM OF VALUES. IT IS SUFFERED IN THIS MEASURE THAT EACH GRADIENT COIL COMPRISES TWO ELECTRICALLY SLICED SINGLE COILS WHICH ARE LOCATED IN POSITIVE HOUSING WINDINGS OF A COIL HEATER SO THAT BETWEEN THE SINGLE COILS A FREE SPACE REMAINS AS A COOLING CHANNEL. APPLICATION ARE ESPECIALLY THE EPR-TUMMETOGRAPHY WITH MODULAR GRADIENTS.
Description
Gradientenspulenanordnung für die EPR-ZeugmatographieGradient coil arrangement for EPR witnessmatography
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Gradientenspulenanordnung für. die Messung der räumlichen Verteilung von elektronen-paramagnetischen (EPR)-Zentren· Sie ist vor allem für die Erzeugung von modulierten Magnetfeld-Gradienten geeignet, kann aber auch für die Erzeugung'stationärer Magnetfeld-Gradienten verwendet werden, ! The invention relates to a gradient coil arrangement for. The measurement of the spatial distribution of electron paramagnetic (EPR) centers · It is particularly suitable for the generation of modulated magnetic field gradients, but can also be used for the generation of stationary magnetic field gradients ,!
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die Erzeugung von Magnetfeldgradienten über einer zu untersuchenden Probe in Richtung des statischen Magnetfeldes B kann am günstigsten mit einer Helmholtzanordnung erfolgen, die einen relativ konstanten Gradientenverlauf über der Probe ermöglicht /7/· ι Die Helmholtzanordnung besteht aus zwei Spulen, die entlang derselben Spulenachse angeordnet sind· Entsprechend den geometrischen Verhältnissen des Spulenabstandes A , des Spulenradius rm , der Spulenbreite D und der Spulenhöhe H ergibt sich ein entsprechender Bereich mit konstantem Magnetfeldgradienten um den Mittelpunkt der Spulenanordnung·The generation of magnetic field gradients over a sample to be examined in the direction of the static magnetic field B can best be done with a Helmholtz arrangement, which allows a relatively constant gradient over the sample / ι The Helmholtz arrangement consists of two coils which are arranged along the same coil axis · Corresponding to the geometric relationships of the coil spacing A, the coil radius r m , the coil width D and the coil height H, a corresponding region with a constant magnetic field gradient results around the center of the coil arrangement.
Der minimale Abstand .A zwischen den Spulen wird νοώ den Abmessungen des Meßkopfes bestimmt, in dem sich die zu untersuchende Probe befindet. Beim Einsatz der SPR-Zeugmato-The minimum distance .A between the coils is determined by the dimensions of the measuring head in which the sample to be examined is located. When using the SPR-Zeugmato-
graphie im X-Band ( i = 9,5 GHz) beträgt die Breite des am meisten verwendeten Standardresonators (H102 - Mode) ca. 26 mm. Darüber,hinaus steht im allgemeinen nur ein nutzbarer Polschuhabstand des Elektromagneten von ca. 50 mm zur Verfügung.In the X-band ( i = 9.5 GHz), the width of the most commonly used standard resonator (H 102 mode) is approximately 26 mm. In addition, in general, only one usable pole piece spacing of the electromagnet of approximately 50 mm is available.
Die Spulenbreite D je Gradientenspule sollte deshalb eine Breite von 10 mm nicht überschreiten· Aus /7/ ergeben sich unter diesen Bedingungen für den Innenradius r. =10 mm und den Außenradius ro a 30 mm, um einen konstanten Magnetfeldgradienten von ca· 0,15 T/cm zu erreichen, der räumliche Auflösungen ermöglicht, die besser als 10 /Um sind für a By2 = 0,1 mT (4 B1y,2 s Linienbreite). Damit ergibt sich ein Spulenquerschnitt D χ H » 10 χ 20 mm Bei der vorgegebenen Anordnung und dem notwendigen Spulenquerschnitt ergeben sich für die Erzeugung von Magnetfeldgradienten zwischen 0,1 T/cm und 0,15 T/cm StromdichtenThe coil width D per gradient coil should therefore not exceed a width of 10 mm · Off / 7 / result under these conditions for the inner radius r. = 10 mm and the outer radius r o a 30 mm in order to achieve a constant magnetic field gradient of approx. 0.15 T / cm, which enables spatial resolutions better than 10 / Um for a By 2 = 0.1 mT ( 4 B 1y , 2 s line width). This results in a coil cross-section D χ H »10 χ 20 mm Given the given arrangement and the required coil cross-section, the generation of magnetic field gradients between 0.1 T / cm and 0.15 T / cm results in current densities
2 22 2
von 30A/mm ... 40A/mm . Dabei fallen je Spule bis zu 500 W in Wärme umgesetzte Verlustleistung an.from 30A / mm ... 40A / mm. Up to 500 W of heat dissipated power dissipation accumulate per coil.
Die Wärme muß umgehend von,den Spulen abgeführt werden, um deren Zerstörung zu vermeiden. ,The heat must be removed immediately from the coils to avoid their destruction. .
Bei der Verwendung der Spulenanordnung für das Zeugmatographieverfahren mit moduliertem Gradienten /5,6/ treten neben der Spulenerwärmung noch starke Vibrationskräfte zwischen den beiden Gradientenspulen auf (LenzseheRegel). Der Spulenaufbau ist deshalb so stabil und kompakt wie möglich zu gestalten. Dabei sind größere metallische Flächen nicht zulässig, da sie das modulierte Gradientenfeld (fffl - 10 ... 200 Hz.) dämpfen würden (Wirbelstromdämpfung).When using the coil arrangement for the modulated gradient witness method with 5.6 /, in addition to the coil heating, strong vibrational forces occur between the two gradient coils (LenzseheRegel). The coil construction is therefore as stable and compact as possible. In this case, larger metallic surfaces are not permitted because they would attenuate the modulated gradient field (f ffl - 10 ... 200 Hz.) (Eddy current damping ).
Spulenanordnungen, die diese speziellen Anforderungen erfüllen, sind bisher nicht bekannt geworden· Bekannt sind ungekühlte Gradiöntenspulen, die mit Gleichstrom betrieben werden /1/. Diese haben den Nachteil, daß sie wegen der fehlenden Kühlung nur mit relativ geringen Strömen (ca. 10A) betrieben werden können, um unzulässige Erwärmungen zu vermeiden. Es wird ein Magnetfeldgradient in y-Richtung G = 5,4 mT/cm erreicht.Coil assemblies that meet these specific requirements have not been previously known. Uncooled graded ion coils are known which are operated with direct current / 1 /. These have the disadvantage that they can be operated only with relatively low currents (about 10A) because of the lack of cooling in order to avoid inadmissible heating. A magnetic field gradient in the y-direction G = 5.4 mT / cm is achieved.
«y .' . . * . "Y." , , *.
Zur Vermeidung der Überhitzung wird eine weitere bekannte Anordnung für die Zeugmatographie mit stationärem Gradienten mit gepulstem Gleichstrom betrieben /4/. Diese Anordnung hat gegenüber der Anordnung mit konstanter Gleichstromamplitude mehrere Nachteile· tSo sind Gradientenspulen mit geringer Zeitkonstante notwendig, d.h. es sind kleine Induktivitäten und hohe Ströme erforderlich. Weiterhin ist die Ansteuerung komplizierter und die Stabilität des Gradientenfeldes bezüglich des Zeitverhaltens und der Amplitude ist geringer. Außerdem ist diese Anordnung nicht für modulierte Gradientenfelder geeignet.In order to avoid overheating, another known arrangement is practiced for stationary gradient pulse pulsed pulsed current / 4 /. This arrangement has the advantage over the arrangement with constant direct current amplitude several drawbacks * t So gradient coils with low time constant is necessary, that they are small inductors and high currents required. Furthermore, the control is more complicated and the stability of the gradient field with respect to the time behavior and the amplitude is lower. In addition, this arrangement is not suitable for modulated gradient fields.
;.i. ; .I.
Es ist auch eine Anordnung mit Ölgekühlten Anti-Helmholtz-Gradientenspulen zur Erzeugung eines Feldgradienten in z-Richtung bekannt /3/. Mit dieser Anordnung kann aber i trotz der Kühlung nur ein Gradient G « 6 mT/cm erzielt werden. 'There is also known an arrangement with oil-cooled anti-Helmholtz gradient coils for generating a field gradient in the z-direction / 3 /. With this arrangement, however, i, despite the cooling only a gradient G "6 mT / cm can be achieved. '
Alle genannten Anordnungen haben den Nachteil, daß mit ihnen nur geringe räumliche Auflösungen von ca. 300 /um für 4B1M s 0,1 mT erreicht werden, da auch mit den bisher verwendeten Kühlungen nur Magnetfeldgradienten bis 6 mT/cm erzeugt werden konnten.All the above arrangements have the disadvantage that only low spatial resolutions of about 300 / for 4B 1 M s 0.1 mT can be achieved with them, since even with the previously used cooling only magnetic field gradients up to 6 mT / cm could be generated.
Es sind Anordnungen zur Magnetspulenkühlung bekannt, die Aluminiumkühlscheiben haben, in die Kupferrohre eingegossen sind, / z. B. EPR-Spektrometer des Zentrums für wissenschaftlichen Gerätebau der AdW der DDR /. Für Gradientenspulen sind jedoch metallische Kühlscheiben wegen der Wirbelstromdämpfung nicht verwendbar. Außerdem würden aufgrund der kleinen Abmessungen der Gradientenspule nur geringe Rohrquerschnitte (ca. 1 mm Durchmesser) in Frage kommen, die nicht die ausreichende Kühlleistung bringen , und §ich unter Umständen schnell zusetzen würden.There are known arrangements for magnetic coil cooling, the aluminum cooling discs, are cast in the copper tubes, / z. B. EPR spectrometer of the Center for Scientific Instrumentation of the GDR AdW /. For gradient coils, however, metallic cooling disks are not usable because of the eddy current damping. In addition, due to the small size of the gradient coil only small tube cross-sections (about 1 mm diameter) would be considered that do not bring the sufficient cooling capacity, and §ich would clog under certain circumstances.
Denkbar wäre auch eine Anordnung zur Magnetspulenkühlung, bei der in.die Spule Kühlrohre mit'eingewickelt werden.Also conceivable would be an arrangement for solenoid cooling, in.in the coil cooling tubes are mit'einwickled.
Da diese Rohre einen ähnlichen Durchmesser wie die in der vorher genannten Anordnung haben müßten, ergeben sich die gleichen Nachteile. ' ' ! Since these tubes would have a similar diameter as in the aforementioned arrangement, there are the same disadvantages. '' !
Pur die Magnetspulenkühlung sind auch Rohrspulen\denkbar, " die gleichzeitig den. Strom' leiten und die Kühlflüssigkeit führen. Die hierfür verwendeten Rohre müßten mindestens den Durchmesser der vorgenannten Anordnungen haben. Bei vorgegebener Querschnittsfläche der Spulen könnte diese dann aber nur aus wenigen Windungen bestehen, so daß Ströme von weit mehr als 100 A erforderlich wären. Bei einem Durchmesser der Rohre von 3 mm, wie er für einen ausreichenden Durchfluß sinnvoll wäre, müßten Ströme von ca, 400 A verwendet ν werden. Infolge dieser hohen Ströme würden sich für die Ansteuerung, besonders des modulierten Gradienten große Schwie-. rigkeiten ergeben, um zu einigermaßen stabilen Gradienten- -Purely coil cooling is also conceivable for tubular coils, which simultaneously conduct the flow and conduct the cooling liquid, the tubes used for this purpose should at least have the diameter of the abovementioned arrangements, but given a predetermined cross-sectional area of the coils, this could then consist of only a few turns. so that currents of much more than 100 amperes would be required.When the diameter of the tubes is 3 mm, as would be useful for a sufficient flow, currents of ca, 400 A would have to be used ν. As a result of these high currents would be for the control , especially the modulated gradient, cause great difficulties in order to achieve reasonably stable gradient.
feldern zu kommen. Diese werden auch durch Übergangswider- '. stände an den Klemmen negativ beeinflußt.fields to come. These are also replaced by transitional '. conditions at the terminals adversely affected.
/1/ K. Ohno , J. Magn. Reson. 49, 56 (1982) /2/ M. Klosa, J. Köscielmak, Elektronika 3 (XXII) 1981 /3/ M.J,R. Hoch, J. Phys. L, solid state Phys./ 1 / K. Ohno, J. Magn. Reson. 49, 56 (1982) / 2 / M. Klosa, J. Köscielmak, Elektronika 3 (XXII) 1981/3 / M.J, R. High, J. Phys. L, solid state Phys.
14 (1981)14 (1981)
/4/ W. Karthe, E. Wehrsdorfer Patent 201 387 /57 0?h. Herr ling et al/ 4 / W. Karthe, E. Wehrsdorfer Patent 201 387/57 0? H. Mr. ling et al
V J. Magn. Reson. 4? (1982) S. 203-211 V J. Magn. Reson. 4? (1982) pp. 203-211
/6/ Th. Herrling, U. Ewert/ 6 / Th. Herrling, U. Ewert
- Wirtschaftspatent Hr. 200 9365- Business Patent Hr. 200 9365
/7/ W. Berger, H.J. Butterweck/ 7 / W. Berger, H.J. Butterweck
Archiv für Elektrotechnik XIII Heft 4 1956 : / S. 216*222Archive for Electrical Engineering XIII Issue 4 1956 : / p. 216 * 222
V N Ziel der ErfindungV N Object of the invention
[ Ziel der Erfindung ist es,, die räumliche Auflösung in der EPR-Zeugmatographie um ein Vielfaches zu erhöhen, um Auflösungen in z-Richtung von mindestens 10 /um für - 0,1 mT zu erreichen. [ The aim of the invention is to multiply the spatial resolution in the EPR witnessmatography in order to achieve z-direction resolutions of at least 10 μm in order for -0.1 mT.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung der Gradientenspulen so zu verbessern, daß die Abführung der Wärme, die bei der Erzeugung eines vielfach stärkeren Magnetfeldgradienten als bisher entsteht, der Werte bis zu ' 0,15 T/cm annehmen kann, gewährleistet ist, wobei außerdem die Wirbelstromdämpfung gering sein soll und mechanische Schwingungen der Spule bei Anwendung des Verfahrens mit moduliertem lagnetfeldgradienten vermieden werden,The object of the invention is to improve the cooling of the gradient coils in such a way that the dissipation of the heat which is generated when producing a magnetic field gradient which is much stronger than hitherto, which can reach values of up to 0.15 T / cm, is ensured. In addition, the eddy current damping should be low and mechanical oscillations of the coil are avoided when using the method with modulated magnetic field gradient,
"Erfindungsgemäß wird das bei einer Gradientenspulenanordnung für die EPR-Zeugmatographie, bei der je eine der den Magnetfeldgradienten erzeugenden Gradientenspulen zwischen dem Meßresonator und einem polschuh so angeordnet ist, daß über dem Meßresonator und damit über der zu untersuchenden f According to the invention, this is arranged in a gradient coil arrangement for the EPR Zeugmatographie in which each one of the magnetic field gradient generating gradient coils between the Meßresonator and a pole piece so that above the measuring resonator and thus on the f to be examined
Probe ein Magnetfeldgradient in z-Richtung, d.h. in Richtung des statischen Magnetfeldes B ,entsteht, dadurch er-....reicht, daß jede Gradientenspule ^uS zwei elektrisch in Reihe geschalteten Einzelspulen besteht, die in sich gegenüberliegenden ν Gehäusewänden eines Spulengehäuses so angeordnet sind, daß zwischen den Einzelspulen ein freier Raum als Kühlkanal verbleibt, der in radialer Richtung einerseits durch das Spulengehäuse und andererseits durch eine Zentrierbuchse begrenzt ist, und daß dieser Kühlkanal über Anschlüsse im Spulengehäuse mit; einer Kühlmittelversorgung verbunden ist.Sample a magnetic field gradient in the z-direction, i. in the direction of the static magnetic field B, thereby, it suffices that each gradient coil uS consists of two individual coils connected electrically in series, which are arranged in opposite housing walls of a coil housing such that a free space exists between the individual coils remains as a cooling channel, which is limited in the radial direction on the one hand by the coil housing and on the other hand by a centering, and that this cooling channel via connections in the coil housing with; a coolant supply is connected.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einzelspulen in dem Bereich, in dem sie im Spulengehäuse angeordnet sind, selbst als Gehäusewand ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die Einzelspulen scheibenförmige einlagige Spulen, die aus Kupferband gewickelt sind, wobei die Breite des Bandmaterial die Breite der Einzelspule darstellt, die Dicke des Bandmaterials geringer als dessen Breite ist und die Höhe des Spulen-'querschnittes um ein Vielfaches größer als dessen.Breite ist, und daß die einzelnen Windungen versetzt zueinander gewickelt sind, so daß eine gerippte Spulenoberfläche vorhanden ist.In a preferred embodiment, the individual coils in the region in which they are arranged in the coil housing, itself formed as a housing wall. For this purpose, the individual coils are disc-shaped single-layer coils wound from copper tape, wherein the width of the strip material represents the width of the single coil, the thickness of the strip material is less than its width, and the height of the coil cross-section is many times greater than that .Width, and that the individual turns are wound offset to one another, so that a ribbed coil surface is present.
' Die Anschlußstutzen für das Kühlmittel sind tangential am'The connecting pieces for the coolant are tangential on
Spulengehäuse angeordnet. , Im Kühlkanal können zwischen den beiden Einzelspulen rechteckige Metallstäbe in vertikaler Richtung (y-Richtung) angeordnet sein, die mit den Einzelspulen fest verbunden , sind. Diese Metallstäbe gewährleisten die weitestgehende Parallelität zwischen den Einzelspulen und eine hohe mechanische Stabilität, des Spulensystems · Die beiden Spulengehäuse sind mit vier Positionierstäben verbunden, dieN die Verschiebung der Spulen in z-Richtung gestatten und die beiden Spulen gleichzeitig in x- und y-Richtung fixieren. Die Zentrierbuchse der Spule kann eine durchgehende Bohrung haben, die eine visuelle Positionierung der Gradientenspulen bezüglich der HF-Modulationsspulen des Meßresonators erlaubt.Coil housing arranged. , In the cooling channel can be arranged between the two individual coils rectangular metal rods in the vertical direction (y-direction), which are fixedly connected to the individual coils. These metal rods ensure the greatest possible parallelism between the individual coils and a high mechanical stability of the coil system. The two coil housings are connected to four positioning rods, which allow N to shift the coils in the z direction and the two coils simultaneously in the x and y direction fix. The centering sleeve of the coil may have a through bore which allows visual positioning of the gradient coils with respect to the RF modulation coils of the measuring resonator.
Infolge des prinzipiell neuen Aufbaus der Gradientenspulenanordnung und des dadurch erzielten Kühlkanals ist eine ausreichende Kühlung der Spulen auch bei einem Vielfachen der Feldstärke der bisher angewendeten Magnetfeldgradienten und der damit auftretenden wesentlich höheren Verlustleistung möglich, wodurch die angestrebte um ein Vielfaches bessere räumliche Auflösung erreicht wird.As a result of the fundamentally new construction of the gradient coil arrangement and the cooling channel achieved thereby sufficient cooling of the coil is possible even at a multiple of the field strength of the previously applied magnetic field gradients and the resulting significantly higher power loss, whereby the desired much better spatial resolution is achieved.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to drawings. Show it:
Pig. j1 eine perspektivische Ansicht derPig. FIG. 1 is a perspective view of FIG
Spulenanordnung teilweise geschnitten,Coil arrangement partially cut,
Fig. 2a, b .Fig. 2a, b.
und 3 verschiedene Schnitte durch eineand 3 different cuts through one
Einzelspule,Single coil,
i - ' i - '
Die Anordnung besteht aus den beiden Gradientenspulen 1, die einen Magnetfeldgradienten in z-Richtung des statischen Magnetfeldes BQ erzeugen. Zwischen beiden Gradientenspulen befindet sich der Meßkopf 8 (z.B. H102-Resonator), in dem sich die zu untersuchende Probe befindet. Die beiden Gra-The arrangement consists of the two gradient coils 1, which generate a magnetic field gradient in the z-direction of the static magnetic field B Q. Between both gradient coils is the measuring head 8 (eg H 102 resonator), in which the sample to be examined is located. The two
dientenspulen 1 sind über vier Positionierstäbe 9 miteinander verbunden, die eine axiale Verschiebung der Spulen in z-Richtung ermöglichen, die Lage der Spulen in x- und y-Richtung fixieren und damit die Parallelität und Koaxialität beider Spulen weitestgehend garantieren. Jede Gradientenspule 1 besteht aus zwei Einzelspulen 2, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und die beide ein gleich gerichtetes PeId erzeugen. Zwischen beiden Einzelspulen 2 befindet sich der Kühlkanal 3, der sehr schmal (1 ... 2 mm) sein kann. Die Kühlflüssigkeit gelangt durch den unteren Anschlußstutzen 6 in die Gradientenspulen 1 und fließt an der Innenseite der Einzelspulen 2 zum oberen Anschlußstutzen Bei den Einzelspulen 2 handelt es sich um scheibenförmige einlagige Spulen, die aus Kupferband gewickelt sind und die Breite des Bandmaterials ist gleich der Breite der Einzelspule (Fig. 2). Dabei ist die Dicke des Bandmaterials wesentlich geringer als dessen Breite und die Höhe des Spulenpakets ist wiederum viel größer als die Spulenbreite D. Auf diese Weis,e können innerhalb des vorgegebenen Spulenquerschnitts viele Windungen realisiert werden, die es ermöglichen, mit Strömen von max. 40 A für einen Magnetfeldgradienten G « 0,15 T/cm auszukommen. Diese Ströme sind technisch gut realisierbar. Da die Einzelspulen sehr schmal sein können und nur aus einer Lage bestehen, ist eine schnelle Wärmeleitung und Abgabe in axialer Richtung (z-Richtung) möglich.Serving coils 1 are connected to each other via four positioning rods 9, which allow an axial displacement of the coils in the z-direction, fix the position of the coils in the x and y directions and thus guarantee the parallelism and coaxiality of both coils as far as possible. Each gradient coil 1 consists of two individual coils 2, which are electrically connected in series and which both generate a same-directional peak. Between two individual coils 2 is the cooling channel 3, which can be very narrow (1 ... 2 mm). The cooling liquid passes through the lower connection piece 6 in the gradient coils 1 and flows on the inside of the individual coils 2 to the upper connection piece. The individual coils 2 are disk-shaped single-layer coils wound from copper tape and the width of the strip material is equal to the width of the Single coil (Fig. 2). The thickness of the strip material is much smaller than its width and the height of the coil package is in turn much larger than the coil width D. In this way, e can be realized within the given coil cross section many turns that allow it with currents of max. 40 A for a magnetic field gradient G «0.15 T / cm get along. These streams are technically easy to implement. Since the individual coils can be very narrow and consist of only one layer, rapid heat conduction and release in the axial direction (z-direction) is possible.
Aufgrund dieser Anordnung ist es ausreichend, wenn nur die Innenseiten der Einzelspulen 2 vom Kühlmedium gekühlt werden. Die Wärmeabgabe an den Außenseiten der Einzelspulen 2 muß an die umgebende Luft erfolgen» Diese Wärmeabgabe stellt aber einen Bruchteil der von der Kühlflüssigkeit aufgenommenen Wärmemenge dar.Due to this arrangement, it is sufficient if only the insides of the individual coils 2 are cooled by the cooling medium. The heat transfer to the outer sides of the individual coils 2 must be made to the surrounding air »This heat output is but a fraction of the amount of heat absorbed by the coolant.
Aufgrund des geringen Widerstandes der Gradientenspulen 1 von R= 0,5 kann mit Spannungen von 20 V gearbeitet werden^ so daß Wasser als Kühlflüssigkeit ohne Bedenken eingesetzt werden kannDue to the low resistance of the gradient coils 1 of R = 0.5 can be worked with voltages of 20 V ^ so that water can be used as a cooling fluid without hesitation
Um die Wirkung der Kühlflüssigkeit noch zu unterstützen, To further support the effect of the cooling fluid,
werden die Einzelspulen 2 so gewickelt, daß eine gerippte Spulenoberfläche (Pig. 2) entsteht. Hierzu werden die einzelnen Lagen um Bruchteile der Spulenbreite D versetzt gewickelt, Damit wird-die Wirbelbildung in der Kühlflüssigkeit noch unterstützt, so daß,eine starke turbulente Strömung entsteht, bei der der Wärmeübergang von den Einzelspulen 2 an das Kühlmittel viel intensiver ist.the individual coils 2 are wound so that a ribbed coil surface (Pig. 2) is formed. For this purpose, the individual layers are wound offset by fractions of the coil width D, Thus, the vortex formation in the cooling liquid is still supported, so that, a strong turbulent flow is formed, in which the heat transfer from the individual coils 2 to the coolant is much more intense.
Die Einzelspulen 2 sind mit einem' Spulengehäuse 4 und einer Zentrierbuchse 11 verbunden. Das Spulengehäuse 4 enthält die Anschlußstutzeti 6 und 10 für die Kühlflüssigkeit, die elektrischen Anschlüsse 5 und die Bohrungen für die Positionsstäbe 9. Die Zentrierbuchse enthält eine durchgehende Bohrung, so daß eine schnelle visuelle Positionierung bezüglich der Modulationsspulen 12 möglich ist. Alle; vier Spulenachsen, die der beiden Gradientenspulen 1 und die der beiden Hochfrequenz-Modulationsspulen 12 müssen in einer Flucht liegen· ' .'.. \ Werden die GradientenspulenTr wie im Fall des Verfahrens mit moduliertem Gradienten, mit hohen Wechselströmen versorgt, so können im Zusammenwirken mit dem statischen Magnetfeld B starke Kraftwirkungen auftreten, die bei nicht genügend stabilem Aufbau der Gradientenspulen starken Schwingungen im iakt der Modulationsfrequenz der Gradientenspulen 1 führen können, die unerwünscht sind. Um die mechanische Stabilität zu erhöhen, befinden sich zwischen den Einzelspulen 2 rechteckige Metallstäbe 7, z, B. aus Kupfer, die innerhalb des Kühlkanals 3 in vertikaler, d. h. in y-Richtungverlaufen (Fig. 3). Sie sind mit den JSinzelspulen 2 fest verbunden und schaffen somit ein stabiles kompaktes Spulensystem, ohne die Kühlung wesentlich zu verschlechtern.The individual coils 2 are connected to a coil housing 4 and a centering bush 11. The bobbin case 4 contains the connecting pieces 6 and 10 for the cooling liquid, the electrical connections 5 and the bores for the position rods 9. The centering bushing contains a through bore, so that a quick visual positioning with respect to the modulation coils 12 is possible. All; four coil axes, those of the two gradient coils 1 and those of the two high-frequency modulation coils 12 must be aligned . If the gradient coils T r are supplied with high alternating currents as in the case of the modulated gradient method, they can cooperate strong static forces occur with the static magnetic field B, which can lead to strong vibrations in the iakt of the modulation frequency of the gradient coils 1, which are undesirable if the structure of the gradient coils is not sufficiently stable. In order to increase the mechanical stability, there are between the individual coils 2 rectangular metal rods 7, z, B. made of copper, which run within the cooling channel 3 in the vertical, ie in the y-direction (Fig. 3). They are firmly connected to the Jsinzelspulen 2 and thus create a stable compact coil system, without significantly impairing the cooling.
Claims (5)
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