DE102010042598A1 - Superconductive magnetic resonance-magnet arrangement for use in magnetic resonance-magnet system, has slot dividing dual pancake coil into partial coils that are rotated and/or displaced with dual coil to produce spatial field pattern - Google Patents

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Abstract

The arrangement has a superconductive-band (1) comprising a slot (2) between ends (3a, 3b) of the superconductive-band, where the slot is formed such that the superconductive-band forms a loop enclosing the slot in a closed manner. The superconductive-band is wound to a dual pancake coil, and the slot divides the dual pancake coil into partial coils. The partial coils are rotated and/or displaced with the dual pancake coil to produce a predetermined spatial field pattern. The superconductive-band comprises a high temperature superconductor material i.e. yttrium barium copper oxide.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine supraleitende MR(Magnetresonanz)-Magnetanordnung mit einem filamentlosen Supraleiter-Band.The invention relates to a superconducting MR (Magnetic Resonance) magnet arrangement with a filamentless superconductor tape.

Eine MR-Magnetanordnung mit einem filamentlosen Supraleiter-Band ist bekannt aus Laskaris, E. T., Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions an Applied Superconductivity, Vol. 5, No. 2, June 1995 .An MR magnet assembly having a filamentless superconductor tape is known Laskaris, ET, Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions to Applied Superconductivity, Vol. 5, No , 2, June 1995 ,

Supraleiterdrähte, durch die ein elektrischer Strom verlustfrei fließen kann, werden in vielfältiger Weise eingesetzt, insbesondere für Hochfeld-Magnetspulen. Supraleitermaterialien werden dabei erst unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur Tc supraleitend, so dass diese für den technischen Einsatz gekühlt werden müssen.Superconducting wires, through which an electric current can flow without loss, are used in a variety of ways, in particular for high-field magnetic coils. Superconductor materials become superconducting only below a material-specific transition temperature T c , so that they must be cooled for technical use.

Für MR-Anwendungen ist es wichtig, ein zeitlich konstantes räumlich homogenes Magnetfeld zu erzeugen. Die zeitliche Konstanz setzt einen verlustfreien Stromfluss innerhalb der das Magnetfeld erzeugenden Spule voraus. Um einen solchen verlustfreien Stromfluss zu gewährleisten, ist es notwendig, die Supraleiter-Drähte extrem niederohmig oder widerstandsfrei mittels supraleitender Drahtverbindungen, sogenannter „Joints” in der Weise zu verbinden, dass sämtliche verbundenen Leiterelemente zusammen eine praktisch widerstandfreie geschlossene Schleife bilden. Drahtverbindungen mit nicht supraleitendem Lot sind beispielsweise völlig ungeeignet. Die Qualität der supraleitenden Verbindungsstellen im Hinblick auf verschwindenden elektrischen Widerstand ist unabdingbare Voraussetzung für die Anwendung eines supraleitenden Magneten für MR-Anwendungen.For MR applications, it is important to create a temporally constant spatially homogeneous magnetic field. The temporal constancy requires a lossless current flow within the magnetic field generating coil. In order to ensure such a lossless flow of current, it is necessary to connect the superconducting wires extremely low resistance or resistance by means of superconducting wire connections, so-called "joints" in such a way that all connected conductor elements together form a virtually resistance-free closed loop. Wire connections with non-superconducting solder, for example, completely unsuitable. The quality of the superconducting junctions with respect to vanishing electrical resistance is an indispensable prerequisite for the application of a superconducting magnet for MR applications.

Als Leiterelemente für MR-Magnetanordnungen kommen bislang supraleitende Multifilamentdrähte mit Filamenten aus sogenanntem Tieftemperatursupraleitermaterial (Low Temperature Superconductor, LTS-Leiter) zum Einsatz, die eine Vielzahl von Filamenten umfassen, welche in eine Matrix eingebettet sind und mit Ziehprozessen hergestellt werden. Die hauptsächlich verwendbaren Materialien für die supraleitenden Filamente haben die Metalllegierung NbTi sowie die intermetallische Verbindung Nb3Sn als Basis. Die typische Betriebstemperatur für diese Materialien beträgt 4,2 K oder weniger. Für die Kühlung wird flüssiges Helium verwendet.Superconducting multifilament wires with filaments of so-called low-temperature superconductor material (LTS conductors), which comprise a plurality of filaments which are embedded in a matrix and are produced by means of drawing processes, have hitherto been used as conductor elements for MR magnet arrangements. The main usable materials for the superconducting filaments are based on the metal alloy NbTi and the intermetallic compound Nb 3 Sn. The typical operating temperature for these materials is 4.2 K or less. Liquid helium is used for cooling.

Derartige supraleitende Leiterelemente können hinreichend widerstandsarm miteinander verbunden werden, indem bspw. freigelegte Filamente der Supraleiterdrähte mit einem supraleitenden Lot miteinander verbunden werden...Such superconducting conductor elements can be sufficiently low-resistance connected to each other by, for example, uncovered filaments of superconducting wires are connected together with a superconducting solder ...

Derartige LTS-Leiter sind jedoch nur bei Magnetfeldern mit Feldstärken unterhalb von etwa 25 T supraleitend. Die höchste Betriebsfeldstärke, die mit speziellen MR-Magneten erreicht werden, beträgt aus diesem Grunde 23,5 T. Will man noch höhere Magnetfeldstärken mit MR-Magneten erzeugen, reichen LTC Leiter allein nicht mehr aus. Um noch höhere Magnetfeldstärken zu erzeugen, sind Magnetanordnungen denkbar, die Leiterelemente auf der Basis von Hochtemperatursupraleiter (HTS-Leiter) umfassen. Besonders gut geeignet erscheinen hier HTS-Leiter der sogenannten zweiten Generation, die nicht als Multifilamentleiter sondern als Bandleiter ausgebildet sind.However, such LTS conductors are superconducting only in magnetic fields with field strengths below about 25T. For this reason, the highest operating field strength achieved with special MR magnets is 23.5 T. If one wants to generate even higher magnetic field strengths with MR magnets, LTC conductors alone are no longer sufficient. In order to produce even higher magnetic field strengths, magnetic arrangements are conceivable which comprise conductor elements based on high-temperature superconductors (HTS conductors). Especially suitable here HTS conductors of the so-called second generation, which are not designed as a multifilament conductor but as a band conductor.

HTS-Bandleiter der zweiten Generation erreichen auch in Magnetfeldern oberhalb von 25 T höhere Stromdichten (mehr als 1000 A/mm2 bei Temperaturen unterhalb von 5 K) und eignen sich wegen ihres Werkstoffs Yttrium-Barium-Kupfer-Oxyd (YBCO) und des Herstellungsverfahrens und der daraus resultierenden supraleitenden Eigenschaften prinzipiell besonders gut für Hochfeldanwendungen oberhalb von 25 T. Diese sogenannten „beschichteten Leiter” (Coated Conductor – CC) basieren auf einer Schichtarchitektur, wobei auf ein metallisches Trägerband eine Supraleiterschicht abgeschieden wird, bspw. mittels Sputtern, Laserablation, Elektronenstrahlverdampfung oder chemischer Vakuumbeschichtung. Die Breite dieser Bandleiter liegt typisch im Bereich zwischen wenigen mm und wenigen cm. Derartige Bandleiter sind beispielsweise aus der Druckschrift Bruker HTS YBCO CoatedConductorDataSheet der Firma Bruker HTS GmbH sowie aus http://www.bruker-est.com/ybco-tapes.html bekannt.Second-generation HTS strip conductors also achieve higher current densities (more than 1000 A / mm 2 at temperatures below 5 K) in magnetic fields above 25 T and are suitable for their material yttrium-barium-copper-oxide (YBCO) and the manufacturing process and the resulting superconducting properties in principle particularly well for high field applications above 25 T. These so-called "coated conductors" (CC) are based on a layered architecture, wherein a superconductor layer is deposited on a metallic carrier tape, for example by means of sputtering, laser ablation, Electron beam evaporation or chemical vacuum deposition. The width of this band conductor is typically in the range between a few mm and a few cm. Such band conductors are for example from the Brochure Bruker HTS YBCO CoatedConductorDataSheet from Bruker HTS GmbH as well as out http://www.bruker-est.com/ybco-tapes.html known.

Die Anwendung dieser HTS Bandleiter in MR-Magnetanordnungen wird jedoch dadurch erschwert, dass nach dem Stand der Technik keine Verfahren bekannt sind, die zuverlässige und hinreichend widerstandsfreie Drahtverbindungen zwischen diesen Leiterelementen ermöglichen.However, the use of these HTS band conductors in MR magnet arrangements is made more difficult by the fact that, according to the prior art, no methods are known which enable reliable and sufficiently resistance-free wire connections between these conductor elements.

Der Einsatz von filamentlosen Bandleitern in einer MR-Magnetanordnung ist aus Laskaris, E. T., Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions an Applied Superconductivity, Vol. 5, No. 2, June 1995 bekannt. Allerdings handelt es sich hierbei um LTS Bandleiter, bei welchem Verfahren zur Herstellung hinreichend widerstandsfreier Drahtverbindungen zwischen Leiterelementen bekannt sind.The use of filamentless strip conductors in an MR magnet arrangement is over Laskaris, ET, Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions to Applied Superconductivity, Vol. 5, No , 2, June 1995 known. However, these are LTS band conductors, in which methods for producing sufficiently resistance-free wire connections between conductor elements are known.

Wegen der aufwendigen Kühlung von LTS-Materialien, ist es für MR-Anwendungen jedoch auch wünschenswert, HTS-Spulen (Sprungtemperatur Tc > 40 K) zu verwenden, welche mittels flüssigem Stickstoff relativ einfach und kostengünstig gekühlt werden können. Bezüglich der Verwendung von HTS-Bandleitern für MR-Anwendungen stellt sich aber nach dem derzeitigen Stand der Technik grundsätzlich das Problem, die filamentlosen Bandleiter hinreichend niederohmig miteinander zu verbinden, um einen verlustfreien Stromfluss innerhalb der aus diesem Material bestehenden Spule zu gewährleisten. HTS-Bandleiter kommen daher bislang hauptsächlich in der Energietechnik zur Anwendung, wo es nicht auf eine niederohmige Verbindung der Bandleiter ankommt.Because of the costly cooling of LTS materials, however, it is also desirable for MR applications, HTS coils (critical temperature T c > 40 K), which can be relatively easily and inexpensively cooled by liquid nitrogen. With regard to the use of HTS strip conductors for MR applications, however, the current state of the art fundamentally involves the problem of connecting the filament-free strip conductors with sufficiently low resistance in order to ensure a lossless current flow within the coil consisting of this material. So far, HTS strip conductors are mainly used in power engineering, where it does not depend on a low-resistance connection of the strip conductor.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine MR-Magnetanordnung vorzuschlagen, die filamentlose Supraleiter-Bänder zur Magnetfelderzeugung verwendet, bei der ein verlustfreier Stromfluss durch die Supraleiter-Bänder und somit eine hohe zeitliche Konstanz des erzeugten Magnetfeldes realisiert wird.It is therefore an object of the invention to provide an MR magnet arrangement which uses filamentless superconductor tapes for magnetic field generation, in which a loss-free current flow through the superconductor tapes and thus a high temporal constancy of the generated magnetic field is realized.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Supraleiter-Band in Längsrichtung einen Schlitz zwischen beiden Enden des Supraleiter-Bandes aufweist, wobei der Schlitz derart ausgebildet ist, dass das Supraleiter-Band eine den Schlitz umschließende geschlossene Schleife bildet, und dass das Supraleiter-Band zu mindestens einer Doppel-Spule aufgewickelt ist, wobei die Schlitzung die Doppel-Spule in zwei Teilspulen unterteilt, wobei bei mindestens einer Doppel-Spule die Teilspulen jeweils so gegeneinander verdreht und/oder verschoben angeordnet sind, dass die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) in einem Messvolumen einen vorgegebenen räumlichen Magnetfeldverlauf erzeugen.This object is achieved according to the invention in that the superconductor belt has a slot in the longitudinal direction between both ends of the superconductor belt, wherein the slot is designed such that the superconductor belt forms a closed loop enclosing the slot, and in that the superconductor belt Band is wound to at least one double coil, wherein the slit divides the double coil into two sub-coils, wherein at least one double coil, the sub-coils are each rotated against each other and / or shifted, that the sub-coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) generate a given spatial magnetic field profile in a measuring volume.

Als filamentloses Supraleiter-Band kann bspw. ein oben beschriebener Band-Supraleiter (Supraleiter 2. Generation) dienen.As a filamentless superconductor tape can, for example, a band-superconductor described above (2nd generation superconductor) are used.

„Schlitzung in Längsrichtung” bedeutet hierbei, dass sich der Schlitz von einem Ende des Supraleiter-Bandes zum anderen Ende des Supraleiter-Bandes erstreckt, wobei die Schlitzung nicht geradlinig erfolgen muss, sondern auch wellen-, zickzackförmig usw. ausgebildet sein kann. Die Enden des Supraleiter-Bandes umfassen einen nicht geschlitzten Bereich. Das Supraleiter-Band bildet also eine geschlossene Schleife, ohne dass es mittels eines Joints verbunden werden muss. Die erfindungsgemäße Magnetanordnung weist daher eine jointfreie supraleitende Schleife auf, wodurch ein verlustfreier Stromfluss innerhalb der Schleife realisiert wird."Slit in the longitudinal direction" hereby means that the slot extends from one end of the superconductor belt to the other end of the superconductor belt, wherein the slit does not have to be rectilinear, but also wave, zigzag, etc. may be formed. The ends of the superconductor tape comprise a non-slotted area. The superconductor tape thus forms a closed loop without having to be connected by means of a joint. The magnet assembly according to the invention therefore has a joint-free superconducting loop, whereby a lossless flow of current is realized within the loop.

Zur Erzeugung der notwendigen Magnetfeldstärke ist das geschlitzte Supraleiter-Band zu einer Doppel-Spule aufgewickelt und bildet zwei Teilspulen.To generate the necessary magnetic field strength, the slotted superconductor tape is wound up into a double coil and forms two partial coils.

Aufgrund der jointfreien Ausbildung der Supraleiter-Schleife wird eine Anwendung von HTS-Bandleitern in der Magnetresonanz ermöglicht.Due to the joint-free design of the superconductor loop, an application of HTS band conductors in magnetic resonance is made possible.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Doppel-Spule um eine Doppel-Pancake-Spule mit Pancake-Spulen als Teilspulen. Eine Pancake-Spule ist spiralförmig in einer Ebene gewickelt (Flachspule). Im Allgemeinen ist die Doppel-Pancake-Spule auf ein oder mehreren Spulenträgern (Wicklungsträger) aufgewickelt. Es sind jedoch auch andere Spulenformen, z. B. Solenoidspulen, möglich.Preferably, the double coil is a double pancake coil with pancake coils as partial coils. A pancake coil is spirally wound in a plane (flat coil). In general, the double pancake coil is wound on one or more coil carriers (winding carrier). However, there are also other coil forms, for. As solenoid coils, possible.

Nach Aufwickeln des Supraleiter-Bandes zu einer Doppel-Pancake-Spule würden sich die durch die Teilspulen erzeugten Teilmagnetfelder größtenteils auslöschen. Um trotzdem ein für MR-Messungen nutzbares Magnetfeld zu erzeugen, werden erfindungsgemäß die Teilspulen gegeneinander verdreht und/oder verschoben. Auf diese Weise können eine Vielzahl von Magnetfeldverläufen realisiert werden, die bei MR-Messungen benötigt werden. So kann eine erfindungsgemäße Magnetanordnung mit lediglich gegeneinander verschobenen Teilspulen bspw. als Shimspule für eine andere Magnetanordnung dienen.After winding the superconductor tape into a double pancake coil, the partial magnetic fields generated by the partial coils would largely cancel out. In order nevertheless to generate a magnetic field which can be used for MR measurements, according to the invention the partial coils are rotated and / or displaced relative to one another. In this way, a large number of magnetic field courses can be realized, which are required in MR measurements. Thus, for example, a magnet arrangement according to the invention with only partial coils shifted relative to one another can serve as a shim coil for another magnet arrangement.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung sind bei mindestens einer Doppel-Spule (vorzugsweise bei allen Doppel-Spulen) die Teilspulen jeweils so gegeneinander verdreht und/oder verschoben angeordnet, dass beide Teilspulen jeweils einer Doppel-Spule bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. „Gleichsinnig” bedeutet hierbei, dass der Betrag des effektiven (durch Überlagerung der Magnetfelder der Teilspulen hervorgerufene) Magnetfeldes in einem Messvolumen größer ist als das Magnetfeld der einzelnen Teilspulen. Bei Doppe-Spulen, eine Spulenachse aufweisen liegt das Messvolumen vorzugsweise radial innerhalb der Doppel-Spule. Gleichsinnig durchflossene Teilspulen im Sinne der Erfindung können bspw. durch Verdrehen der Spulen gegeneinander um einen Winkel, der zwischen 90° und 270° liegt, erreicht werden.In a particularly preferred embodiment of the magnet arrangement according to the invention, in at least one double coil (preferably in all double coils), the partial coils are each rotated and / or shifted in such a way that both partial coils of a double coil in the same direction in current flow within the closed loop be traversed by the stream. "Equilibrium" here means that the amount of the effective magnetic field (caused by superposition of the magnetic fields of the partial coils) in a measuring volume is greater than the magnetic field of the individual partial coils. In the case of double coils, having a coil axis, the measuring volume is preferably located radially inside the double coil. Coils in the same direction in the sense of the invention can be achieved, for example, by turning the coils relative to one another at an angle which is between 90 ° and 270 °.

Durch die Verdrehung der Teilspulen gegeneinander wird also ein Magnetfeld auf effektive Weise erzeugt. Durch geeignete Wahl des Abstandes beider Teilspulen zueinander lässt sich gewisse Homogenität des Magnetfelds im geometrischen Zentrum dieser Anordnung erreichen.As a result of the rotation of the partial coils relative to one another, a magnetic field is thus generated in an effective manner. By suitable choice of the distance between the two partial coils to each other, it is possible to achieve a certain homogeneity of the magnetic field in the geometric center of this arrangement.

Die Enden des Supraleiter-Bandes sind aufgrund der Verdrehung der Teilspulen gegeneinander leicht verdrillt, so dass in diesem Bereich kleine Störfelder entstehen können, die jedoch bei entsprechend hoher Anzahl von Windungen (Größenordnung 1000 bei Doppel-Pancake-Spulen) der Doppel-Spule vernachlässigbar sind.The ends of the superconductor belt are slightly twisted against each other due to the rotation of the sub-coils, so that in this area small interference fields can arise, which are negligible, however, with a correspondingly high number of turns (order of magnitude 1000 with double pancake coils) of the double coil.

Wenn das Supraleiter-Band nur zu einer einzigen Doppel-Spule gewickelt ist, sind die Teilspulen über die Enden des Bandes miteinander verbunden. Vorzugsweise ist das Supraleiter-Band jedoch zu mindestens zwei Doppel-Spulen aufgewickelt. Dies hat zur Folge, dass die durch das Supraleiter-Band gebildete Spulenanordnung einen größeren Raum abdecken kann, und durch Optimierung der axialen Positionen der Teilspulen die Erzeugung eines großräumig homogenen Magnetfelds ermöglicht wird. Bei der Verwendung von nur einer Doppel-Spule sind die Möglichkeiten für diese Optimierung der Positionen zur Erzeugung eines großräumig homogenen Volumens entsprechend eingeschränkt.When the superconductor tape is wound into only a single double coil, the sub-coils are connected together across the ends of the tape. Preferably, however, the superconductor tape is wound up into at least two double coils. As a result, the coil assembly formed by the superconductor tape can cover a larger space and, by optimizing the axial positions of the component coils, it becomes possible to generate a large-area homogeneous magnetic field. When using only a double coil, the possibilities for this optimization of the positions for generating a large-scale homogeneous volume are limited accordingly.

Vorzugsweise sind die Doppel-Spulen so angeordnet, dass die Teilspulen sämtlicher Doppel-Spulen bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. Auf diese Weise kann ein besonders hohes Magnetfeld erzeugt werden.Preferably, the double coils are arranged so that the partial coils of all double coils are flowed through in the same direction in the same direction by the current during flow of current within the closed loop. In this way, a particularly high magnetic field can be generated.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Doppel-Spulen so angeordnet sind, dass mindestens eine Doppel-Spule bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gegensinnig bezüglich anderer Doppel-Spulen vom Strom durchflossen wird. D. h. es existiert mindestens ein benachbartes Paar von Doppel-Spulen, deren Magnetfelder sich teilweise auslöschen. Mit Hilfe der gegensinnig durchflossenen Doppel-Spulen können Magnetfeldgradienten realisiert oder Störfelder abgeschirmt werden.In an alternative embodiment, the double coils are arranged such that current flows through at least one double coil in the closed loop in opposite directions with respect to other double coils. Ie. There is at least one adjacent pair of double coils whose magnetic fields partially cancel each other out. Magnetic field gradients can be realized or interference fields shielded by means of the double coils through which they pass in opposite directions.

Bei einer speziellen Ausführungsform weisen die Doppel-Spulen unterschiedliche Innenradien und/oder unterschiedliche Außenradien auf. Doppel-Spulen mit größerem Innen- und/oder Außenradius können beispielsweise als Abschirm- oder Kompensationsspulen für z. B. Doppel-Spulen mit kleineren Innenradien und/oder Außenradien dienen. Besonders bevorzugt ist es, wenn alle Teilspulen mit einem ersten Radius gleichsinnig von Strom durchflossen werden, während die Teilspulen mit einem zweiten Radius gegenüber der Teilspulenmit dem ersten Radius gegensinnig durchflossen werden. Derartige Magnetanordnungen können als Hauptfeldspule mit Abschirmspule dienen.In a specific embodiment, the double coils have different inner radii and / or different outer radii. Double coils with a larger inner and / or outer radius, for example, as shielding or compensation coils for z. B. double coils with smaller inner radii and / or outer radii serve. It is particularly preferred if all partial coils with a first radius are traversed by current in the same direction, while the partial coils are traversed in opposite directions with a second radius with respect to the partial coils with the first radius. Such magnet arrangements can serve as a main field coil with shielding coil.

Vorzugsweise sind die Teilspulen koaxial zueinander angeordnet. Die Achse bezüglich der die Teilspulen koaxial angeordnet sind, verläuft senkrecht zur Wickelebene der Teilspulen. Somit kann bei geeigneter Beabstandung der Teilspulen innerhalb der Doppel-Spule ein homogenes Feld erzeugt werden.Preferably, the partial coils are arranged coaxially with each other. The axis with respect to which the coil sections are arranged coaxially, runs perpendicular to the winding plane of the coil sections. Thus, with a suitable spacing of the partial coils within the double coil, a homogeneous field can be generated.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Doppel-Spulen koaxial zueinander angeordnet. Es sind jedoch auch Anwendungen denkbar, bei denen die Doppel-Spulen winkelig zueinander angeordnet sein können, um bspw. ein ringförmiges Magnetfeld zu erzeugen.In a particularly preferred embodiment, the double coils are arranged coaxially with each other. However, there are also applications conceivable in which the double coils can be arranged at an angle to each other, for example, to produce an annular magnetic field.

Aufgrund der hohen Stromtragfähigkeit von HTS-Bandleitern und der Tatsache, dass niederohmige Joints zwischen HTS-Bandleitern bislang nicht realisierbar sind, kommen die Vorteile der Erfindung besonders gut zur Geltung, wenn das Supraleiter-Band HTS-Material, vorzugsweise YBaCuO, umfasst.Due to the high current-carrying capacity of HTS-strip conductors and the fact that low-resistance joints between HTS-strip conductors are not feasible, the advantages of the invention are particularly effective if the superconducting strip comprises HTS material, preferably YBaCuO.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Supraleiter-Band mit zwei Stromanschlüssen zur Stromeinspeisung in die Schleife versehen ist, wobei sich zwischen den Stromanschlüssen ein beheizbares Ende des Supraleiter-Bandes befindet. Über die Stromanschlüsse kann die Magnetanordnung geladen werden. Das beheizbare Ende des Supraleiter-Bandes dient dabei als supraleitender Schalter. Sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist, wird das Beheizen des beheizbaren Endes des Supraleiter-Bandes beendet, so dass das Supraleiter-Band wieder einen verlustfreien Stromkreis bildet. Eine solche Magnetanordnung kann als Feldspule, bspw. für eine MR-Apparatur, verwendet werden.A preferred embodiment provides that the superconductor belt is provided with two power connections for feeding power into the loop, wherein a heatable end of the superconductor belt is located between the power connections. The magnet arrangement can be charged via the power connections. The heatable end of the superconductor tape serves as a superconducting switch. Once the charging process is completed, the heating of the heatable end of the superconductor belt is terminated, so that the superconductor belt again forms a lossless circuit. Such a magnet arrangement can be used as a field coil, for example for an MR apparatus.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schlitz geradlinig verläuft und der Schlitz das Band im geschlitzten Bereich (also die nicht geschlitzten Enden ausgenommen) in Teilbänder gleicher Breite teilt. Der Schlitz verläuft dann also entlang der Längsachse des Supraleiter-Bandes. Die aus diesen Teilbändern gewickelten Teilspulen erzeugen Magnetfelder der gleichen Stärke, so dass insbesondere symmetrische Spulenanordnungen einfach realisiert werden können.It is particularly advantageous if the slot is rectilinear and the slot divides the band in the slotted area (that is, excluding the non-slotted ends) into subbands of the same width. The slot then runs along the longitudinal axis of the superconductor belt. The partial coils wound from these subbands generate magnetic fields of the same strength, so that in particular symmetrical coil arrangements can be easily realized.

Die Erfindung betrifft auch ein MR-Magnetsystem, welches mindestens zwei erfindungsgemäße Magnetanordnungen umfasst, sowie ein MR-Magnetsystem, welches mindestens eine erfindungsgemäße Magnetanordnung und mindestens eine andere Magnetanordnung umfasst.The invention also relates to an MR magnet system which comprises at least two magnet arrangements according to the invention and to an MR magnet system which comprises at least one magnet arrangement according to the invention and at least one other magnet arrangement.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those listed further can be used individually or in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

Zeichnung und detaillierte Beschreibung der Erfindung Drawing and detailed description of the invention

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Supraleiter-Bandes mit Schlitz; 1 a schematic representation of a superconductor belt with slot;

2 eine schematische Darstellung einer Doppel-Pancake-Spule, die aus dem geschlitzten Supraleiter-Band aus 1 gewickelt wurde; 2 a schematic representation of a double pancake coil, which consists of the slotted superconductor tape 1 was wound;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung mit einer Doppel-Pancake-Spule, die aus dem geschlitzten Supraleiter-Band aus 1 gewickelt wurde, wobei die Teilspulen um 180° gegeneinander verdreht sind; 3 a schematic representation of an embodiment of the magnet arrangement according to the invention with a double pancake coil, which consists of the slotted superconductor tape 1 was wound, the sub-coils are rotated by 180 ° from each other;

4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung mit einer Doppel-Pancake-Spule, einem supraleitenden Schalter und Stromzuleitungen; 4 a schematic representation of an embodiment of the magnet arrangement according to the invention with a double pancake coil, a superconducting switch and power supply lines;

5 eine schematische Darstellung eines Doppel-Pancake-Spulen-Paares, welches aus dem geschlitzten Supraleiter-Band aus 1 gewickelt wurde; 5 a schematic representation of a double pancake coil pair, which consists of the slotted superconductor tape 1 was wound;

6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung mit dem Doppel-Pancake-Spulen-Paar, welches aus dem geschlitzten Supraleiter-Band aus 1 gewickelt wurde, wobei die Teilspulen jeweils einer Doppel-Pancake-Spule um 180° gegeneinander verdreht sind; 6 a schematic representation of an embodiment of the magnet arrangement according to the invention with the double pancake coil pair, which consists of the slotted superconductor tape 1 was wound, the sub-coils are each a double pancake coil rotated by 180 ° from each other;

7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MR-Magnetsystems mit mehreren erfindungsgemäßen Magnetanordnungen, deren Doppel-Pancake-Spulen unterschiedliche Radien aufweisen, und 7 an embodiment of an MR magnet system according to the invention with a plurality of magnet assemblies according to the invention, whose double pancake coils have different radii, and

8 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MR-Magnetsystems mit mehreren erfindungsgemäßen Magnetanordnungen, deren Doppel-Pancake-Spulen unterschiedliche Radien aufweisen und gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. 8th An embodiment of an MR magnet system according to the invention with a plurality of magnet assemblies according to the invention, whose double pancake coils have different radii and are traversed in the same direction by the current.

Die 2 bis 8 zeigen die Erfindung anhand von Doppel-Pancake-Spulen.The 2 to 8th show the invention using double pancake coils.

1 zeigt ein Supraleiter-Band 1 mit einem Schlitz 2, der sich entlang der Längsachse L des Supraleiter-Bandes 1 zwischen den beiden Enden 3a, 3b des Supraleiter-Bandes 1 erstreckt und das Supraleiter-Band 1 in zwei Teilbänder 4a, 4b teilt. Die Enden 3a, 3b des Supraleiter-Bandes umfassen jeweils einen Bereich, der nicht geschlitzt ist und als Verbindung zwischen den beiden Teilbändern 4a, 4b dient, so dass das geschlitzte Supraleiter-Band 1 eine geschlossene Schleife bildet. In dem in 1 gezeigten Beispiel teilt der Schlitz 2 das Band im geschlitzten Bereich in zwei gleich breite Teilbänder 4a, 4b. Auf diese Weise können gleichartige Teilspulen 6a, 6b gewickelt werden (2). Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den Schlitz nicht mittig im Supraleiter-Band zu platzieren, so dass man Teilbänder verschiedener Breite erhält. Der Schlitz 2 verläuft in Längsrichtung, also in Richtung der größeren Ausdehnung des Supraleiter-Bandes 1. Dabei ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Schlitz geradlinig verläuft. Auch kann der Schlitz 2 in Form einer Ausnehmung vorliegen, so dass die Summe der Breiten der Teilbänder 4a, 4b kleiner ist als die Breite des supraleitenden Bandes 1 im ungeschlitzten Bereich. Entscheidend ist, dass durch die Schlitzung des Supraleiter-Bandes 1 eine geschlossene Schleife entsteht. Die Teilbänder 4a, 4b müssen also nicht mehr mittels eines Joints verbunden werden. 1 shows a superconductor band 1 with a slot 2 extending along the longitudinal axis L of the superconductor belt 1 between the two ends 3a . 3b of the superconductor band 1 extends and the superconductor band 1 in two subbands 4a . 4b Splits. The ends 3a . 3b of the superconductor belt each comprise an area which is not slotted and as a connection between the two subbands 4a . 4b serves, leaving the slotted superconductor tape 1 forms a closed loop. In the in 1 the example shown shares the slot 2 the band in the slotted area in two equal width subbands 4a . 4b , In this way, similar partial coils 6a . 6b to be wound ( 2 ). However, it may also be advantageous not to place the slot centrally in the superconductor tape, so that one obtains sub-bands of different widths. The slot 2 runs in the longitudinal direction, ie in the direction of the greater extent of the superconductor belt 1 , However, it is not absolutely necessary that the slot is rectilinear. Also, the slot can 2 in the form of a recess, so that the sum of the widths of the subbands 4a . 4b smaller than the width of the superconducting tape 1 in the unslotted area. It is crucial that by slotting the superconductor tape 1 a closed loop is created. The subbands 4a . 4b So no longer need to be connected by means of a joint.

Durch Aufwickeln des in 1 gezeigten geschlitzten Supraleiter-Bandes 1 entsteht eine Doppel-Pancake-Spule 5', wie in 2 gezeigt. Die Teilbänder 4a, 4b des Supraleiter-Bandes 1 bilden jeweils eine Teilspule 6a, 6b, die über die Enden 3a, 3b des Supraleiter-Bandes 1 miteinander verbunden sind, so dass ein Stromfluss von der ersten Teilspule 6a in die zweite Teilspule 6b und von dieser wieder in die erste Teilspule 6a möglich ist. Allerdings verlaufen die Stromrichtungen in den beiden Teilspulen 6a, 6b der in 2 gezeigten Doppel-Pancake-Spule 5' gegensinnig, so dass sich die Magnetfelder der Teilspulen 6a, 6b (je nach Abstand und winkeliger Ausrichtung der Teilspulen zueinander) zumindest teilweise auslöschen. Typischerweise ist das Supraleiterband einschließlich der Teilbänder allseitig mit einem elektrischen Isolierstoff beschichtet. Alternativ oder zusätzlich kann in jeder Teilspule eine elektrische Isolierfolie mit eingewickelt sein, welche die Windungen voneinander trennt. Typischerweise wird jede Teilspule nach dem Wickeln in sich mechanisch stabilisiert und fixiert, beispielsweise durch Vergießen mit einem Kunstharz, wodurch jede Teilspule ein freitragendes Gebilde wird. Alternativ oder zusätzlich kann jede Teilspule auf einem geeigneten Tragekörper (Spulenträger) verbleiben oder nach dem Vergießen auf geeignete Tragekörper aufgebracht werden.By winding the in 1 shown slotted superconductor tape 1 creates a double pancake coil 5 ' , as in 2 shown. The subbands 4a . 4b of the superconductor band 1 each form a partial coil 6a . 6b that over the ends 3a . 3b of the superconductor band 1 connected to each other, so that a current flow from the first part coil 6a in the second part coil 6b and from this again in the first part coil 6a is possible. However, the current directions in the two partial coils run 6a . 6b the in 2 shown double pancake coil 5 ' in opposite directions, so that the magnetic fields of the partial coils 6a . 6b (Depending on the distance and angular orientation of the sub-coils to each other) at least partially extinguish. Typically, the superconductor tape including the subbands is coated on all sides with an electrical insulating material. Alternatively or additionally, an electrical insulating film may be wrapped in each partial coil, which separates the windings from each other. Typically, after winding, each sub-coil is mechanically stabilized and fixed in itself, for example by casting with a synthetic resin, whereby each sub-coil becomes a self-supporting structure. Alternatively or additionally, each partial coil may remain on a suitable support body (coil carrier) or be applied to suitable carrier bodies after casting.

Um trotzdem ein möglichst großes effektives Magnetfeld zu erzeugen, werden bei der erfindungsgemäßen Magnetanordnung die Teilspulen 6a, 6b gegeneinander verdreht, so dass die beiden Teilspulen 6a, 6b gleichsinnig vom Strom durchflossen werden können. Das effektive (durch Überlagerung der Teilspulen 6a, 6b erzeugte) Magnetfeld ist dann größer als das Magnetfeld jeder Teilspule 6a, 6b alleine. Ein maximales effektives Magnetfeld erhält man, wenn die Teilspulen 6a, 6b um 180° gegeneinander verdreht sind, wie in 3 gezeigt. Eine derartige Doppel-Pancake-Spule 5 stellt bereits eine erfindungsgemäße MR-Magnetanordnung dar. Die erfindungsgemäße Magnetanordnung kann darüber hinaus einen oder mehrere Spulenträger (nicht gezeigt) umfassen, auf dem/denen die Doppel-Pancake-Spule 5 aufgewickelt ist. Werden die Teilspulen 6a, 6b auf verschiedenen Spulenträgern aufgewickelt, kann das Verdrehen der Teilspulen 6a, 6b gegeneinander durch Verdrehen der Spulenträger und der darauf befindlichen Wicklungen der Teilspulen 6a, 6b erfolgen. Bei Verwendung nur eines Spulenträgers für beide Teilspulen 6a, 6b, müssen zum Verdrehen der Teilspulen 6a, 6b gegeneinander die Wicklungen einer Teilspule 6a, 6b zwischenzeitlich vom Spulenträger abgenommen werden.In order nevertheless to generate the largest possible effective magnetic field, in the magnet arrangement according to the invention, the partial coils 6a . 6b twisted against each other, so that the two partial coils 6a . 6b In the same direction can be traversed by the stream. The effective (by superposition of the partial coils 6a . 6b generated) magnetic field is then greater than the magnetic field of each partial coil 6a . 6b alone. A maximum effective magnetic field is obtained when the partial coils 6a . 6b around 180 ° twisted against each other, as in 3 shown. Such a double pancake coil 5 already constitutes an MR magnet arrangement according to the invention. The magnet arrangement according to the invention can furthermore comprise one or more coil carriers (not shown) on which / which the double pancake coil 5 is wound up. Be the partial coils 6a . 6b wound on different bobbins, the twisting of the partial coils 6a . 6b against each other by rotating the bobbin and the windings of the sub-coils located thereon 6a . 6b respectively. When using only one coil carrier for both partial coils 6a . 6b , need to twist the sub coils 6a . 6b against each other, the windings of a partial coil 6a . 6b be taken in the meantime from the bobbin.

Jede Teilspule ist um eine Achse a gewickelt. In der in 3 gezeigte Ausführungsformen sind beide Teilspulen zueinander koaxial ausgerichtet, so dass die Achsen der Teilspulen 6a, 6b gleichzeitig die Achse der Doppel-Pancake-Spule 5 bildet. Die Teilspulen in den hier gezeigten Ausführungsformen besitzen die Form von Kreisringen. Die Erfindung umfasst jedoch auch andere Formen, beispielsweise elliptische Ringe oder rechteckige Rahmen.Each partial coil is wound around an axis a. In the in 3 shown embodiments, both partial coils are aligned coaxially with each other, so that the axes of the partial coils 6a . 6b at the same time the axis of the double pancake coil 5 forms. The sub-coils in the embodiments shown here are in the form of circular rings. However, the invention also includes other shapes, such as elliptical rings or rectangular frames.

Die Stromzufuhr in eine erfindungsgemäße Magnetanordnung mit einer Doppel-Pancake-Spule 5, wie sie in 3 gezeigt ist, kann mittels Induktion erfolgen. Befindet sich das Supraleiter-Band 1 im supraleitenden Zustand, erfolgt ein verlustfreier Stromfluss durch die Doppel-Pancake-Spule und ermöglicht somit die Erzeugung eines stabilen Magnetfelds, wie es für MR-Anwendungen gewünscht ist. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Anordnungen auf diese Weise als Abschirmspulen betrieben werden.The power supply in a magnet arrangement according to the invention with a double pancake coil 5 as they are in 3 is shown, can be done by induction. Is the superconductor band 1 in the superconducting state, there is a lossless current flow through the double pancake coil and thus enables the generation of a stable magnetic field, as is desired for MR applications. For example, the arrangements according to the invention can be operated in this way as shielding coils.

Für den Fall, dass die Stromzufuhr nicht über Induktion erfolgen soll, sondern mittels einer externen Stromquelle, z. B. zum Laden einer Hauptfeldspule zur Erzeugung des B0-Feldes einer MR-Anordnung, sind bei der in 4 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung zu beiden Seiten eines Endes 3a des Supraleiter-Bandes 1 Stromzuführungen 7a, 7b vorgesehen, die mit einer externen Stromquelle verbunden werden können. Das eine Ende 3a des Supraleiter-Bandes 1 ist mit einem supraleitenden Schalter 8, z. B. in Form einer Heizschleife, versehen, wodurch das Ende 3a des Supraleiter-Bandes 1 in den normalleitenden Zustand gebracht werden kann und während des Ladens einen elektrischen Widerstand darstellt, um ein Laden der Doppel-Pancake-Spule 5 über die externe Stromquelle zu ermöglichen. Nach Beendigung des Ladevorgangs schaltet der supraleitende Schalter 8 das Supraleiter-Band 1 wieder kurz (Heizvorgang wird gestoppt).In the event that the power supply should not be via induction, but by means of an external power source, eg. B. for charging a main field coil for generating the B0 field of an MR device, are in the in 4 shown embodiment of the magnet arrangement according to the invention on both sides of one end 3a of the superconductor band 1 power leads 7a . 7b provided that can be connected to an external power source. The one end 3a of the superconductor band 1 is with a superconducting switch 8th , z. B. in the form of a heating loop, provided, whereby the end 3a of the superconductor band 1 can be brought into the normal conducting state and during charging represents an electrical resistance to charging the double pancake coil 5 via the external power source. After completion of the charging process, the superconducting switch switches 8th the superconductor band 1 short again (heating is stopped).

Je nach Länge des Supraleiter-Bandes 1 und nach gewünschter Anzahl von Wicklungen können auch mehrere Doppel-Pancake-Spulen 5, 5' aus einem Supraleiter-Band 1 gewickelt werden. 5 zeigt beispielhaft eine Anordnung von zwei Doppel-Pancake-Spulen 5a', 5b', deren Teilspulen 6a, 6b bzw. 6c, 6d nicht gegeneinander verdreht sind. Für den Einsatz als erfindungsgemäße Magnetanordnung müssen die Teilspulen jeder Doppel-Pancake-Spule 5' so gegeneinander verdreht werden, dass die Teilspulen 6a, 6b bzw. 6c, 6d innerhalb jeder Doppel-Pancake-Spule gleichsinnig vom Strom durchflossen werden können. Werden in der in 5 gezeigten Anordnung die jeweils linken Teilspulen 6a, 6c gegen die jeweils rechten Teilspulen 6b, 6d verdreht, erhält man die in 6 gezeigte erfindungsgemäße Magnetanordnung, bei der alle Teilspulen 6a, 6b, 6c, 6d beider Doppel-Pancake-Spulen 5a, 5b gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. Verdreht man hingegen bei beiden Doppel-Pancake-Spulen die äußeren Teilspulen 6a, 6d gegenüber den inneren Teilspulen 6b, 6c, erhält man eine erfindungsgemäße Magnetanordnung (nicht gezeigt), bei der zwar innerhalb jeder Doppel-Pancake-Spule 5 die Teilspulen 6a, 6b gleichsinnig, die erste Doppel-Pancake-Spule bezüglich der zweiten Doppel-Pancake-Spule jedoch gegensinnig durchflossen wird. Auf diese Weise können Magnetfelder mit Magnetfeldgradienten realisiert werden. Eine Magnetanordnung weist dann gegensinnig durchflossene Doppel-Pancake-Spulen auf, wenn mindestens zwei benachbarte Doppel-Pancake-Spulen so zueinander ausgerichtet sind, dass das durch Überlagerung der Magnetfelder der beiden benachbarten Doppel-Pancake-Spulen erzeugte effektive Feld im Messvolumen betragsmäßig kleiner ist als das größte durch eine einzige der beiden Doppel-Pancake-Spulen erzeugte Feld. Bei koaxialen Anordnungen befindet sich das Messvolumen um Bereich der Achse a der Magnetanordnung. In 6 sind die Doppel-Pancake-Spulen 5 koaxial zueinander angeordnet (d. h. die Magnetanordnung weist eine Achse auf, die mit den Achsen der Doppel-Pancake-Spulen 5 übereinstimmt), wodurch die Erzeugung eines homogenen Magnetfelds innerhalb der Doppel-Pancake-Spulen 5 erzeugt wird. Es ist jedoch auch denkbar, die Doppel-Pancake-Spulen parallel gegeneinander verschoben (Achsen der Doppel-Pancake-Spulen sind parallel) oder winkelig zueinander (Achsen der Doppel-Pancake-Spulen bilden dann einen Winkel > 0°) anzuordnen. Mittels vieler winkelig zueinander angeordneter Doppel-Pancake-Spulen können die Magnetfeldlinien bspw. einen definierten Bogen beschreiben. Auf diese Weise können beispielsweise Korrekturspulen angeordnet sein, mit deren Hilfe bestimmte gewünschte Feldformen erzeugt werden und bestimmte Abweichungen der Feldform einer Magnetanordnung von der bei MR-Anwendungen angestrebten homogenen Form korrigiert werden können.Depending on the length of the superconductor belt 1 and according to the desired number of windings can also be several double pancake coils 5 . 5 ' from a superconductor band 1 be wrapped. 5 shows an example of an arrangement of two double pancake coils 5a ' . 5b ' , their partial coils 6a . 6b respectively. 6c . 6d not twisted against each other. For use as a magnet arrangement according to the invention, the partial coils of each double pancake coil 5 ' be twisted against each other so that the sub-coils 6a . 6b respectively. 6c . 6d within each double pancake coil can be traversed in the same direction from the stream. Be in the in 5 shown arrangement, the left sub-coils 6a . 6c against the respective right part coils 6b . 6d twisted, you get the in 6 shown magnet arrangement according to the invention, in which all partial coils 6a . 6b . 6c . 6d both double pancake coils 5a . 5b in the same direction to be traversed by the stream. On the other hand, if one twists the outer partial coils of both double pancake coils 6a . 6d opposite the inner part coils 6b . 6c , one obtains a magnet arrangement according to the invention (not shown), wherein, although within each double pancake coil 5 the partial coils 6a . 6b in the same direction, the first double pancake coil with respect to the second double pancake coil, however, flows in opposite directions. In this way magnetic fields with magnetic field gradients can be realized. A magnet arrangement then has double pancake coils through which it flows in opposite directions if at least two adjacent double pancake coils are aligned with respect to one another in such a way that the effective field generated in the measurement volume by the superimposing of the magnetic fields of the two adjacent double pancake coils is smaller than the largest field generated by a single of the two double pancake coils. In coaxial arrangements, the measuring volume is located around the area of the axis a of the magnet arrangement. In 6 are the double pancake coils 5 coaxially with each other (ie, the magnet assembly has an axis coincident with the axes of the double pancake coils 5 whereby the generation of a homogeneous magnetic field within the double pancake coils 5 is produced. However, it is also conceivable that the double pancake coils are displaced parallel to one another (axes of the double pancake coils are parallel) or at an angle to one another (axes of the double pancake coils then form an angle of> 0 °). By means of many angularly arranged double pancake coils, the magnetic field lines can, for example, describe a defined arc. In this way, for example, correction coils may be arranged, with the help of which certain desired field shapes are generated and certain deviations of the field form of a magnet arrangement from the desired homogeneous in MR applications homogeneous shape can be corrected.

7 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetspulensystem, welches mehrere erfindungsgemäße Magnetanordnungen MA1, MA2 umfasst, wobei zwei Magnetanordnungen MA1 zur Erzeugung des B0-Feldes vorgesehen sind, die jeweils über eine externe Stromquelle geladen werden können (4), sowie zwei als Abschirmung dienende Magnetanordnungen MA2 ohne Stromzuführungen, in denen Strom aufgrund von Magnetfeldänderungen induziert wird (3). Die Magnetanordnungen MA1, MA2 weisen unterschiedliche Radien auf. Der Stromfluss innerhalb der Magnetanordnungen MA2 erfolgt hier gegensinnig bezüglich des Stromflusses der Magnetanordnungen MA1. 7 shows a magnetic coil system according to the invention, which comprises a plurality of magnet assemblies according to the invention MA1, MA2, wherein two magnet arrangements MA1 are provided for generating the B0 field, which can be charged in each case via an external current source ( 4 ), as well as two shielding magnet assemblies MA2 without power supply, in which current is induced due to magnetic field changes ( 3 ). The magnet assemblies MA1, MA2 have different radii. The current flow within the magnet arrangements MA2 takes place here in opposite directions with respect to the current flow of the magnet arrangements MA1.

8 zeigt ebenfalls ein erfindungsgemäßes Magnetsystem, welches mehrere erfindungsgemäße Magnetanordnungen MA1, MA3 umfasst, wobei alle Magnetanordnungen MA1, MA3 zur Erzeugung des B0-Feldes vorgesehen sind und jeweils über externe Stromquellen geladen werden können (4). 8th also shows a magnet system according to the invention, which comprises a plurality of magnet arrangements MA1, MA3 according to the invention, all magnet arrangements MA1, MA3 being provided for generating the B0 field and each being able to be charged via external current sources ( 4 ).

Anstelle der in 8 eingezeichneten Magnetanordnung MA3 kann auch beispielsweise eine Magnetanordnung aus LTS-Leiter nach dem Stand der Technik vorhanden sein. Hier kann die radial äußere Magnetanordnung aus LTS-Leiter ein Hintergrundfeld mit einer Stärke bis beispielsweise 24 T erzeugen und die radial innere erfindungsgemäße Anordnung MA1 mit HTS-Bandleiter ein Zusatzfeld von beispielsweise 10 T, wobei die gesamte Magnetanordnung damit ein Magnetfeld mit einer Stärke von 34 T erzeugt.Instead of in 8th For example, a magnet arrangement of LTS conductors according to the prior art can also be present. Here, the radially outer magnet assembly of LTS conductor can generate a background field with a thickness up to for example 24 T and the radially inner arrangement according to the invention with HTS band conductor MA1 an additional field of, for example, 10 T, the entire magnet assembly thus a magnetic field having a thickness of 34 T generated.

Die erfindungsgemäßen Magnetanordnungen umfassen jeweils eine gerade Anzahl an Teilspulen (Einzel-Pancake-Spulen), wobei jeweils zwei benachbarte Teilspulen eine Doppel-Pancake-Spule bilden, die durch Aufwickeln eines geschlitzten Supraleiter-Bandes und Verdrehen der Teilspulen gegeneinander hergestellt werden kann. Die Teilspulen einer Doppel-Pancake-Spule werden gleichsinnig vom Strom durchflossen, um ein effektives Magnetfeld zu erzeugen, das größer ist als die Einzelfelder der Teilspulen. Das geschlitzte Supraleiter-Band, aus dem die Doppel-Pancake-Spule gewickelt ist, stellt eine geschlossene Schleife dar, in der der Strom (sobald die Doppel-Pancake-Spule im supraleitenden Zustand ist) verlustfrei fließen kann. Eine zusätzliche Verbindung der einzelnen Teilspulen untereinander ist nicht mehr notwendig. Dies eröffnet die Möglichkeit, MR-Magnetanordnungen mit HTS-Bandleitern auszustatten und somit die Vorteile von HTS-Bandleitern in der Magnetresonanz zu nutzen.The magnet assemblies according to the invention each comprise an even number of partial coils (individual pancake coils), wherein each two adjacent partial coils form a double pancake coil, which can be produced by winding a slotted superconductor tape and rotating the partial coils against each other. The partial coils of a double pancake coil are in the same direction flows through the current to generate an effective magnetic field that is greater than the individual fields of the coil sections. The slotted superconductor tape from which the double pancake coil is wound represents a closed loop in which the current (once the double pancake coil is in the superconducting state) can flow lossless. An additional connection of the individual coil sections with each other is no longer necessary. This opens up the possibility of equipping MR magnet arrays with HTS band conductors and thus exploiting the advantages of HTS band conductors in magnetic resonance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Supraleiter-BandSuperconductor tape
22
Schlitzslot
3a, 3b3a, 3b
Ende des Supraleiter-BandesEnd of the superconductor band
4a, 4b4a, 4b
Teilbänder des Supraleiter-BandesSubbands of the superconductor band
5, 5a, 5b5, 5a, 5b
Doppel-Pancake-Spule mit gleichsinnig durchflossenen TeilspulenDouble pancake coil with coils running in the same direction
5', 5a', 5b'5 ', 5a', 5b '
Doppel-Pancake-Spule mit gegensinnig durchflossenen TeilspulenDouble pancake coil with oppositely charged partial coils
6a, 6b, 6c, 6d6a, 6b, 6c, 6d
Teilspulen der Doppel-Pancake-SpulenPart coils of double pancake coils
7a, 7b7a, 7b
Stromzuführungenpower leads
88th
Supraleitender SchalterSuperconducting switch
aa
Achse der TeilspuleAxis of the partial coil
LL
Längsachse des Supraleiter-BandesLongitudinal axis of the superconductor belt
MA1MA1
Magnetanordnung mit Doppel-Pancake-Spule mit Radius 1Magnet arrangement with double pancake coil with radius 1
MA2, MA3MA2, MA3
Magnetanordnung mit Doppel-Pancake-Spule mit Radius 2Magnet arrangement with double pancake coil with radius 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Laskaris, E. T., Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions an Applied Superconductivity, Vol. 5, No. 2, June 1995 [0002] Laskaris, ET, Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions to Applied Superconductivity, Vol. 5, No , 2, June 1995 [0002]
  • Druckschrift Bruker HTS YBCO CoatedConductorDataSheet der Firma Bruker HTS GmbH [0008] Brochure Bruker HTS YBCO Coated Conductor Data Sheet from Bruker HTS GmbH [0008]
  • http://www.bruker-est.com/ybco-tapes.html [0008] http://www.bruker-est.com/ybco-tapes.html [0008]
  • Laskaris, E. T., Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions an Applied Superconductivity, Vol. 5, No. 2, June 1995 [0010] Laskaris, ET, Ackermann, T., Dorri, B. Gross, D., Herd, K., Minas, C., A Cryogen-Free Superconducting Magnet for Interventional MRI Applications, IEEE Transactions to Applied Superconductivity, Vol. 5, No , 2, June 1995 [0010]

Claims (14)

Supraleitende MR-Magnetanordnung mit einem filamentlosen Supraleiter-Band dadurch gekennzeichnet, dass das Supraleiter-Band (1) in Längsrichtung (L) einen Schlitz (2) zwischen beiden Enden (3a, 3b) des Supraleiter-Bandes (1) aufweist, wobei der Schlitz (2) derart ausgebildet ist, dass das Supraleiter-Band (1) eine den Schlitz (2) umschließende geschlossene Schleife bildet, und dass das Supraleiter-Band (1) zu mindestens einer Doppel-Spule (5, 5a, 5b) aufgewickelt ist, wobei die Schlitzung die Doppel-Spule (5, 5a, 5b) in zwei Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) unterteilt, wobei bei mindestens einer Doppel-Spule (5, 5a, 5b) die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) jeweils so gegeneinander verdreht und/oder verschoben angeordnet sind, dass die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) in einem Messvolumen einen vorgegebenen räumlichen Magnetfeldverlauf erzeugenSuperconducting MR magnet assembly with a filamentless superconductor tape, characterized in that the superconductor tape ( 1 ) in the longitudinal direction (L) a slot ( 2 ) between both ends ( 3a . 3b ) of the superconductor tape ( 1 ), wherein the slot ( 2 ) is formed such that the superconductor tape ( 1 ) one the slot ( 2 ) forms an enclosed closed loop, and that the superconductor tape ( 1 ) to at least one double coil ( 5 . 5a . 5b ), the slit being the double coil ( 5 . 5a . 5b ) in two sub-coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ), wherein at least one double coil ( 5 . 5a . 5b ) the partial coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) are in each case rotated relative to one another and / or displaced such that the sub-coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) generate a given spatial magnetic field profile in a measuring volume Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Spule (5, 5a, 5b) eine Doppel-Pancake-Spule ist.Magnet arrangement according to claim 1, characterized in that the double coil ( 5 . 5a . 5b ) is a double pancake coil. Magnetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Doppel-Spule (5, 5a, 5b) die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) jeweils so gegeneinander verdreht und/oder verschoben angeordnet sind, dass beide Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) jeweils einer Doppel-Spule (5, 5a, 5b) bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gleichsinnig vom Strom durchflossen werden.Magnet arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least one double coil ( 5 . 5a . 5b ) the partial coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) are in each case rotated relative to one another and / or displaced so that both partial coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) each of a double coil ( 5 . 5a . 5b ) are flowed through in the same direction in current flow within the closed loop from the stream. Magnetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Supraleiter-Band (1) zu mindestens zwei Doppel-Spulen (5a, 5b) aufgewickelt ist.Magnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the superconductor tape ( 1 ) to at least two double coils ( 5a . 5b ) is wound up. Magnetanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Spulen (5a, 5b) so angeordnet sind, dass die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) sämtlicher Doppel-Spulen (5a, 5b) bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gleichsinnig vom Strom durchflossen werden.Magnet arrangement according to claim 4, characterized in that the double coils ( 5a . 5b ) are arranged so that the partial coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) of all double coils ( 5a . 5b ) are flowed through in the same direction in current flow within the closed loop from the stream. Magnetanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Spulen (5a, 5b) so angeordnet sind, dass mindestens eine Doppel-Spule bei Stromfluss innerhalb der geschlossenen Schleife gegensinnig bezüglich anderer Doppel-Spulen vom Strom durchflossen wird.Magnet arrangement according to claim 4, characterized in that the double coils ( 5a . 5b ) are arranged so that at least one double coil is traversed in current in the closed loop in opposite directions with respect to other double coils from the stream. Magnetanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Spulen (5a, 5b) unterschiedliche Innenradien und/oder unterschiedliche Außenradien aufweisen.Magnet arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that the double coils ( 5a . 5b ) have different inner radii and / or different outer radii. Magnetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspulen (6a, 6b, 6c, 6d) jeweils einer Doppel-Spule (5, 5a, 5b) koaxial zueinander angeordnet sind.Magnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the partial coils ( 6a . 6b . 6c . 6d ) each of a double coil ( 5 . 5a . 5b ) are arranged coaxially with each other. Magnetanordnung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppel-Spulen (5a, 5b) koaxial zueinander angeordnet sind.Magnet arrangement according to claim 4 and 8, characterized in that the double coils ( 5a . 5b ) are arranged coaxially with each other. Magnetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Supraleiter-Band (1) HTS-Material, vorzugsweise YBaCuO, umfasst.Magnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the superconductor tape ( 1 ) HTS material, preferably YBaCuO. Magnetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Supraleiter-Band (1) mit zwei Stromanschlüssen (7a, 7b) zur Stromeinspeisung in die Schleife versehen ist, wobei sich zwischen den Stromanschlüssen (7a, 7b) ein beheizbares Ende (3a) des Supraleiter-Bandes (1) befindet.Magnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the superconductor tape ( 1 ) with two power connections ( 7a . 7b ) is provided for feeding current into the loop, wherein between the power connections ( 7a . 7b ) a heatable end ( 3a ) of the superconductor tape ( 1 ) is located. Magnetanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (2) geradlinig verläuft und das Band im geschlitzten Bereich in Teilbänder (4a, 4b) gleicher Breite teilt.Magnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the slot ( 2 ) runs in a straight line and the band in the slotted area in subbands ( 4a . 4b ) of equal width divides. MR-Magnetsystem, welches mindestens zwei Magnetanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.MR magnet system comprising at least two magnet arrangements according to one of claims 1 to 12. MR-Magnetsystem, welches mindestens eine Magnetanordnung nach Anspruch 1 bis 12 sowie mindestens eine andere Magnetanordnung umfasst.MR magnet system comprising at least one magnet arrangement according to claim 1 to 12 and at least one other magnet arrangement.
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