DE10244406A1

DE10244406A1 - Ausgleichs-Quench-Schutzschaltung

Info

Publication number: DE10244406A1
Application number: DE10244406A
Authority: DE
Inventors: Minfeng Xu; Xianrui Huang; Bu-Xin Xu; Jinhua Huang
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2003-04-17
Also published as: GB2381388A; US6717781B2; JP2003197418A; GB0222285D0; US20040027737A1; GB2381388B

Abstract

Es wird eine elektrische Schaltung (30) für einen supraleitenden Magneten zum Schutz vor Quenchen angegeben. Eine supraleitende Spulenanordnung (60) ist mit einer Vielzahl von räumlch getrennten Hauptmagnetspulenabschnitten (32, 34) und Sekundärmagnetspulenabschnitten (36, 38) versehen. Die Hauptspulenabschnitte sind in Reihe geschaltet, um zumindest eine Hauptspulenreihenschaltung (50) zu bilden. Die Sekundärspulenabschnitte sind ebenfalls in Reihe geschaltet, um zumindest eine Sekundärspulenreihenschaltung (50) zu bilden. Zumindest eine Temperaturbegrenzungsschaltung (40, 42) ist ebenfalls vorgesehen. Die Temperaturbegrenzungsschaltung kann eine Quench-Heizungsschaltung oder eine Quench-Widerstandsschaltung sein. Die Temperaturbegrenzungsschaltung weist eine Vielzahl von Quench-Heizungen oder eine Vielzahl von Quench-Widerständen (44, 46; 64, 66) auf, die mit der supraleitenden Spulenanordnung verbunden sind. Ein Supraleitungsschalter (56) ist mit der supraleitenden Spulenanordnung gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft supraleitende Magnete. Genauer ist ein Ausgleichs-Quench-Schutzschaltung (ausgeglichene Quench-Schutzschaltung) zum Schutz einer supraleitenden Anordnung vor einer Beschädigung während eines sogenannten Quenchens (lokalen Zusammenbruchs der Supraleitung) vorgesehen.
Wie es bekannt ist, kann eine aus einem supraleitenden Material gewickelte Spule supraleitend gemacht werden, indem sie in ein extrem kalte Umgebung gebracht wird. Beispielsweise kann eine Spule supraleitend gemacht werden, indem sie in einem Kryostat oder einem Druckgefäß eingeschlossen wird, das ein Kryogen enthält. Die extreme Kälte ermöglicht, dass die supraleitenden Drähte in einem supraleitenden Zustand betrieben werden können. In diesem Zustand ist der Widerstandswert der Drähte praktisch null. Zum Einleiten eines Stromflusses durch die Spulen wird anfänglich für eine kurze Zeitdauer eine Energiequelle mit den Spulen verbunden. In dem supraleitenden Zustand fließt der Strom durch die Spulen kontinuierlich weiter, wodurch ein starkes magnetisches Feld beibehalten wird. Das heißt, dass, da die supraleitenden Wicklungen bei niedrigen Temperaturen keinen Widerstand für den elektrischen Stromfluss bieten, der supraleitende Magnet dauerhaft ist. Der elektrische Strom, der durch den Magneten fließt, wird innerhalb des Magneten gehalten und verschwindet bemerkbar im Verlauf der Zeit nicht. Supraleitenden Magnete finden breite Anwendung im Gebiet der Magentresonanzabbildung (MRI, Magnetic Resonance Imaging).
In einem typischen MRI-Magneten sind die supraleitenden Hauptmagnetspulen in einem zylinderförmigen Kryogendruckgefäß eingeschlossen. Das Kryogengefäß ist innerhalb eines evakuierten Gefäßes enthalten und mit einer Abbildungsbohrung in dessen Zentrum ausgebildet. Die Hauptmagnetspule entwickelt ein starkes magnetisches Feld in dem Abbildungsvolumen der axialen Bohrung.
Ein allgemeines Kryogen ist flüssiges Helium. Während des supraleitenden Betriebs siedet flüssiges Helium zur Bildung von Heliumgas. Das Gas wird entweder zur Wiederverwertung und Wiederverwendung re-kondensiert oder wird in die Atmosphäre freigegeben.
Ein Hauptaugenmerk bei einem derartigen Gerät wird auf die Unterbrechung oder das Quenchen des supraleitenden Betriebs gelegt. Quenchen kann ungewünschte und möglicherweise beschädigende hohe Temperaturen und Spannungen innerhalb des Magneten erzeugen. Während eines Quench-Ereignisses fällt der Strom in den dauerhaften supraleitenden Spulen schnell ab. Der schnelle Abfall ist das Ergebnis von Widerstandszone(n), die in den Spulen aufgrund von beispielsweise einer thermischen Störung entwickelt werden. Quenchen kann aufgrund einer Energiestörung wie von einer Magnetspulenreibbewegung herrühren. Die Energiestörung erwärmt einen Abschnitt des supraleitenden Drahts auf, wobei dessen Temperatur über die kritische Temperatur des supraleitenden Betriebs angehoben wird. Der erwärmte Abschnitt des Drahts wird normal mit einem gewissen Widerstand. Die resultierende I²R-Joule-Wärme hebt die Temperatur des Abschnitts des Drahts weiter an, was die Größe des normalen Abschnitts erhöht. Ein irreversibler Vorgang tritt dann auf, der als Quench oder Quenchen bezeichnet wird. Während eines Quenchens geht die elektromagnetische Energie des Magneten schnell verloren oder wird in thermische Energie über die angestiegene Julewärme umgewandelt.
Für eine MRI-Anwendung ist ein homogenes Magnetfeld in dem Abbildungsvolumen erforderlich. Zur Bereitstellung der erforderlichen Homogenität ist die Magnetspule in eine Vielzahl von Unterspulen unterteilt. Die Unterspulen sind entlang der und um die Achse des supraleitenden Magneten beabstandet, so dass sie thermisch nicht verbunden sind. Folglich kann, wenn lediglich bei einer der supraleitenden Spulen ein Quench auftritt, die gesamte Energie des starken Magnetfelds in der Quench-Spule verloren gehen. Ein Unruhepunkt ("Hot Spot") und eine mögliche Beschädigung wird verursacht, solange kein geeignetes Quench-System bereitgestellt ist. Ein Quench-Schutz (Schutz vor Quenchen) kann durch schnelles Quenchen der anderen Spulen oder Senden eines Teils der Energie zu Abwärmewiderständen erreicht werden. Dadurch wird eine Beschädigung aufgrund des schnellen Anstiegs von Temperatur und Spannung oder von einer schnellen Änderung der elektromagnetischen Kraft in dem Magneten verhindert.

Eine Anzahl von Quench-Systemen zum Schutz von supraleitenden Magneten ist bekannt. Beispielsweise betreffen die US-Patent 6 147 844 (Huang et al), 5 739 997 (Gross) und 5 650 903 sowie 5 731 939 (Gross) Quench- Schutzschaltungen für supraleitende Magnete.

Jeder aktiv abgeschirmter MRI-Magnet weist Hauptspulen und Kompensationsspulen auf. Diese Spulen erzeugen ein homogenes Feld in dem Abbildungsvolumen und verringern Interferenzfelder. Die meisten supraleitenden MRI-Magneten sind aus Spulen hergestellt, die symmetrisch in bezug auf eine Symmetriemittenebene sind. Während eines Quenchens kann der Strom in unterschiedlichen Spulen nicht mit exakt derselben Rate abfallen. Eine resultierende Differenzkraft, die auf die Spulen sowie die Spulenträgerstruktur einwirkt, könnte dadurch induziert werden. Die Differenzkraft in den rechten und linken Hälften der Magnete und/oder zwischen den Hauptspulen- und Kompensationsspulenstrukturen führt zu einem unausgeglichenen Quenchen. Ein unausgeglichenes Quenchen könnte potentiell Spulensträgerstrukturen in Abhängigkeit von der Schwere der Unausgeglichenheit beschädigen. Daher ist ein unausgeglichenes Quenchen für Trägerstrukturen ohne einen großen eingebauten Sicherheitsspielraum in der Strukturauslegung nicht erwünscht. Ein großer Sicherheitsspielraum kann die Kosten und/oder die Raumbelegung vergrößern.

Zum Lösen der vorstehend genannten Problem wird eine elektrische Schaltung für einen supraleitenden Magneten geschaffen, wie er in einem der beigefügten unabhängigen Patentansprüchen definiert ist.

Insbesondere führt die Schaltung zu einem Schutz eines supraleitenden Magneten durch ein ausgeglichenes Quenchen. Eine supraleitende Spulenanordnung einschließlich einer Vielzahl räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte und Sekundärmagnetspulenabschnitte ist vorgesehen. Die Hauptmagnetspulenabschnitte sind zur Bildung zumindest eine Hauptspulenreihenschaltung in Reihe geschaltet. Gleichermaßen sind die Sekundärmagnetabschnitte zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung in Reihe geschaltet. Zumindest eine Temperaturbegrenzungsschaltung mit einer Vielzahl von Quench-Heizungen oder Quench-Widerständen ist ebenfalls vorgesehen. Die Temperaturbegrenzungsschaltung ist parallel zu der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet. Wenn eine Quench-Heizungsschaltung verwendet wird, kann die Schaltung eine Vielzahl von zueinander parallel geschalteten Quench-Heizungen aufweisen. Wenn eine Quench- Widerstandsschaltung verwendet wird, kann die Schaltung eine Vielzahl von in Reihe oder parallel geschalteten Quench-Widerständen aufweisen.

Somit sind die Sekundärmagnetspulenabschnitt, beispielsweise zwei Kompensationsspulen, zusammen in einer Unterschaltung gruppiert. Gleichermaßen sind die Hauptmagnetspulen in einer separaten Unterschaltung zusammen gruppiert. Zusätzlich ist ein Supraleitungsschalter mit der supraleitenden Anordnung gekoppelt. Wenn ein Quenchen auftritt, wird der Stromfluss durch die (Haupt- oder Kompensations-) Spule, die das Quenchen initiiert hat, derselbe wie der der symmetrischen (Haupt- oder Kompensations-) Spule in bezug auf die Mittenebene sein, da sie in derselben Unterschaltung verbunden (verschaltet) sind. Obwohl Ströme in unterschiedlichen Unterschaltungen unterschiedlich sein können, wird die Symmetrie oder Stromausgeglichenheit in bezug auf den Strom in den zwei Halbmagneten bewahrt. Daher wird die auf jede Halbstruktur und/oder die haupt- und Kompensationsstrukturen einwirkende Kraft minimiert, was zu einem ausgeglichenen Quenchen führt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Quench-Heizungen oder Quench-Widerstandsschaltungen parallel mit der supraleitenden Spulenanordnung verbunden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind zumindest eine Quench-Heizungsschaltung und zumindest eine Quench- Widerstandsschaltung parallel mit der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet. Die Quench-Heizungsschaltung weist eine Vielzahl im Wesentlichen identischer Quench- Heizungen auf, die parallel zueinander geschaltet sind. Die Quench-Widerstandsschaltung weist eine Vielzahl im Wesentlichen identischer Quench-Widerstände auf, die zueinander in Reihe oder parallel geschaltet sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit den Hauptmagnetspulenabschnitten positioniert. Gleichermaßen ist zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit den Sekundärmagnetspulenabschnitten positioniert.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Magnetspulen der supraleitenden Spulenanordnung im Wesentlichen vollständig in Kontakt mit einem fluiden Kryogen positioniert, und zumindest eine Temperaturbegrenzungsschaltung ist parallel zu der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachstehend ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung deutlich. Es sollte jedoch klar sein, dass die Zeichnung lediglich zu Veranschaulichung und nicht zur Definition der Grenzen der Erfindung dient. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Quench- Schutzschaltung gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Ausgleichs-Quench- Schutzschaltung der Erfindung, die deren supraleitende Spulenanordnung vor einer Beschädigung während eines Quenchens schützt.
In Fig. 1 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer existierenden Quench-Schutzschaltung 10 für einen aktiv abgeschirmten MRI-Magneten gezeigt, der Hauptspulen 12 und 14 sowie Kompensationsspulen 16 und 18 aufweist. Die Hauptspulen 12 und 14 erzeugen ein homogenes Feld in dem Bildvolumen und die Kompensationsspulen 16 und 18 verringern Interferenzfelder. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Spulen 12 und 16 sowie 14 und 18 des supraleitenden Magnets symmetrisch in bezug auf eine Symmetriemittenebene. Über den Magnetspulen 12 und 16 sowie 14 und 18 sind parallel jeweils Quench-Heizungen oder Widerstandslastschaltungen 20 und 22 geschaltet. Die Schaltung 10 weist eine Energieversorgung (d. h. Stromversorgung) 24 zur Versorgung (Herauffahren, Camping up) der supraleitenden Anordnungen und einen Supraleitungsschalter 26 auf. Der Supraleitungsschalter 26 wird zum Übergang von einer dauerhaften supraleitenden Betriebsart zu einer nicht-dauerhaften supraleitenden Betriebsart verwendet. Typischerweise wird der Supraleitungsschalter 26 zum Start des supraleitenden Betriebs des Magneten und zum absichtlichen Herunterfahren eines derartigen Betriebs verwendet.
In Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Ausgleichs-Quench- Schutzschaltung (ausgeglichene Quench-Schutzschaltung) 30 gezeigt. Die Schaltung 30 weist eine supraleitende Spulenanordnung 60 mit einer Vielzahl räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitten wie Hauptspulen 32 und 34 auf. Die Hauptmagnetspulen 32 und 34 sind zur Bildung einer Hauptspulenreihenschaltung 50 in Reihe geschaltet. Eine Vielzahl räumlich getrennter sekundärer Magnetspulenabschnitte wie Kompensationsspulen 36 und 38 sind ebenfalls in der Anordnung enthalten. Die Kompensationsspulen 36 und 38 sind in ähnlicher Weise in Reihe geschaltet, um eine Sekundärspulenreihenschaltung 52 zu bilden.
Vorzugsweise weist die Hauptspulenreihenschaltung 50 zumindest vier Hauptmagnetspulenabschnitte auf, die in Reihe geschaltet sind. Die Sekundärspulenreihenschaltung 52 weist in ähnlicher Weise ebenfalls vorzugsweise zumindest zwei in Reihe geschaltete sekundäre Magnetspulenabschnitte auf. Die supraleitende Spulenanordnung kann derart ausgelegt sein, dass sie kryostabil oder "nicht-imprägniert" oder imprägniert ist. Eine kryostabile Anordnung ist eine, die durch direkten physikalischen Kontakt eines fluiden Kryogens (wie eine Flüssigkeit und einige oberschichtiges gasförmiges Helium mit einer Temperatur von im allgemeinen 4 Kelvin) mit dem supraleitenden Draht oder Streifenwicklungen gekühlt wird, die die supraleitenden Spulenanordnung bilden. Der supraleitende Draht oder Streifen kann ein kupferstabilisierter Nb-Ti-Draht mit einer porösen elektrischen Isolierung sein (wie eine herkömmliche spiralgewickelte poröse elektrische Isolierung, die ebenfalls Lücken zwischen benachbarten Spiralwindungen hat). Das fluide Kryogen durchdringt die poröse Isolation, um einen direkten physikalischen Kontakt mit dem kupferstabilisierten Nb-Ti-Draht herzustellen.
In gewissen MRI-Anwendungen kann jeder Spulenabschnitt 32 und 34 ein gesamte Hauptspule sein, deren Zweck es ist, eine höhere magnetische Feldstärke in dem Abbildungsvolumen zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann jeder Sekundärspulenabschnitt 36 und 38 eine gesamte Kompensationsspulenannordung sein, die einen Strom in der entgegengesetzten Richtung zu den Hauptspulen führt, und zur Formung eines homogeneren Magnetfelds innerhalb des Abbildungsvolumens positioniert ist. Jeder Spulenabschnitt kann ebenfalls derart ausgewählt sein, dass er eine gesamte Abschirmungsspule ist, die Strom in eine entgegengesetzte Richtung zu den Hauptspulen führt und derart positioniert ist, dass vermieden wird, dass Streumagnetfelder weit aus der Magnetanordnung herauskommen können. In anderen MRI-Anwendungen kann ein Spulenabschnitt 32, 34 sowie 36, 38 beispielsweise jeweils eine Hälfte einer Hauptspule oder einer Sekundärspule sein.
Über den Hauptspulen 32 und 34 sowie den Kompensationsspulen 36 und 38 und parallel dazu ist jeweils zumindest eine Temperaturbegrenzungsschaltung wie eine Quench-Heizung oder Widerstandslastschaltungen 40 und 42 geschaltet. Eine "Quench-Heizung" ist eine Heizung, die in den Spulen zur Beschleunigung eines Quenchens angeordnet ist. Ein "Quench- (oder Abwärme- (dump-)) Widerstand ist ein Widerstand, der bei der Zerstreuung von Energie während eines Quenchens hilft. Die Quench-Heizung oder Widerstandsschaltung 40 weist eine Vielzahl einzelner Heizungen und Widerstände wie Heizungen und Widerstände 44 und 46 auf, die parallel miteinander geschaltet sind. In ähnlicher Weise weist die Quench-Heizung oder Widerstandsschaltung 42 eine Vielzahl einzelner Heizungen oder Widerstände wie Heizungen und Widerstände 64 und 66 auf, die parallel miteinander geschaltet sind. Wenn Quench-Widerstände oder Abwärmewiderstände verwendet werden, können die einzelnen Widerstände miteinander in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Die Quench-Heizung oder Widerstandsschaltung 40 weist eine Leitung 68 auf, die mit einer ersten Leitung 70 der supraleitenden Spulenanordnung 60 gekoppelt ist. In ähnlicher Weise weist die Quench-Heizung oder Widerstandsschaltung 42 eine Leitung 72 auf, die mit einer zweiten Leitung 74 der supraleitenden Spulenanordnung 60 gekoppelt ist. Vorzugsweise sind die Quench-Heizungen oder Widerstände 44, 46, 64 und 66 im Wesentlichen identische Quench-Heizungen oder Widerstände. Vorzugsweise ist zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit Hauptmagnetspulenabschnitten 32 und 34 positioniert. In ähnlicher Weise ist zumindest eine Quench-Heizung vorzugsweise in thermischen Kontakt mit sekundären Magnetspulenabschnitten 36 und 38 positioniert. Wie in der Schaltung gemäß Fig. 1 weist die Schaltung 30 gemäß Fig. 2 eine Energieversorgung 54 auf. Ebenfalls wie in Fig. 1 ist ein Supraleitungsschalter (Dauerschalter, beständiger Schalter) 56 mit der supraleitenden Spulenanordnung gekoppelt.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind die zwei Kompensationsspulen 36 und 38 zusammen in einer Kompensationsspulen-Unterschaltung 52 gruppiert. In ähnlicher Weise sind die zwei Hauptspulen 32 und 34 zusammen in einer getrennten Hauptspulen-Unterschaltung 50 gruppiert. Wenn die Schaltung 30 in der supraleitenden Betriebsart betrieben wird, fließt ein elektrischer Strom lediglich in dem supraleitenden Kreis, der aus der supraleitenden Spulenanordnung 60 und dem Supraleitungsschalter 56 besteht. In der supraleitenden Betriebsart der Schaltung 30 fließt kein Strom durch die Quench-Heizung oder Widerstandsschaltung 40 und 42 und keine Wärme wird davon erzeugt. Falls in einem lokalen Bereich eines Spulenabschnitts, beispielsweise 32, ein Quench beginnt, wird eine Spannungsdifferenz in der Unterschaltung 50 entstehen, weshalb eine Spannungsdifferenz in der Quench- Heizung/Widerstandsschaltung 40 aufwärmen wird und den benachbarten Supraleitungsschalter 56 quenchen wird. Dieses Quenchen bewirkt eine Spannungsdifferenz zwischen den Leitern 68 und 72 der Quench- Heizungen/Widerstandsschaltungen 40 und 42, sowie durch jede der Quench-Heizungen/Widerstandsschaltungen 64 und 66als auch der Quench-Heizungen/Widerstandsschaltungen 44 und 46. Die Quench-Heizungen/Widerstände 44, 46, 64 und 66 heizen die Spulenabschnitte ihrer jeweiligen Unterschaltungen 50 und 52 und quenchen sie. Somit ist, wenn ein Quenchen auftritt, der Stromfluss durch die (Haupt- oder Kompensations-) Spule, die den Quench initiiert hat, derselbe wie der symmetrischen (Haupt- oder Kompensations-) Spule in bezug auf die Mittenebene, da sie in derselben Unterschaltung verschaltet sind. Obwohl Ströme in den unterschiedlichen Unterschaltungen 50 und 52 unterschiedlich sein können, wird die Symmetrie oder der Stromausgleich im Hinblick auf den Strom in den zwei Halbmagneten bewahrt. Daher wird die Kraft, die auf den rechten und linken Halbstrukturen und/oder den haupt- und Kompensationsstrukturen einwirkt, minimiert.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, sie es verständlich, dass viele Änderungen und Modifikationen daran gemacht werden können, ohne das der in den beigefügten Patentansprüchen definierte Umfang der Erfindung verlassen wird.
Vorstehend wurde eine elektrische Schaltung (30) für einen supraleitenden Magneten zum Schutz vor Quenchen angegeben. Eine supraleitende Spulenanordnung (60) ist mit einer Vielzahl von räumlich getrennten Hauptmagnetspulenabschnitten (32, 34) und Sekundärmagnetspulenabschnitten (36, 38) versehen. Die Hauptspulenabschnitte sind in Reihe geschaltet, um zumindest eine Hauptspulenreihenschaltung (50) zu bilden. Die Sekundärspulenabschnitte sind ebenfalls in Reihe geschaltet, um zumindest eine Sekundärspulenreihenschaltung (50) zu bilden. Zumindest eine Temperaturbegrenzungsschaltung (40, 42) ist ebenfalls vorgesehen. Die Temperaturbegrenzungsschaltung kann eine Quench-Heizungsschaltung oder eine Quench- Widerstandsschaltung sein. Die Temperaturbegrenzungsschaltung weist eine Vielzahl von Quench-Heizungen oder eine Vielzahl von Quench- Widerständen (44, 46; 64, 66) auf, die mit der supraleitenden Spulenanordnung verbunden sind. Ein Supraleitungsschalter (56) ist mit der surpraleitenden Spulenanordnung gekoppelt. Bezugszeichenliste 10 Existierende Quench-Schutzschaltung
12 Hauptspule
14 Hauptspule
16 Kompensationsspule
18 Kompensationsspule
20 Quench-Heizungs-/Widerstandslastschaltung
22 Quench-Heizungs-/Widerstandslastschaltung
24 Energieversorgung
26 Supraleitungsschalter
30 Ausgleichs-Quench-Schutzschaltung
32 Hauptspule
34 Hauptspule
36 Sekundärspule
38 Sekundärspule
40 Quench-Heizungs-/Widerstandslastschaltung
42 Quench-Heizungs-/Widerstandslastschaltung
44 Heizung
46 Heizung
50 Hauptspulenreihenschaltung
52 Sekundärspulenreihenschaltung
54 Energieversorgung
56 Surpaleitungsschalter
60 supraleitende Spulenanordnung
64 Heizung/Widerstand
66 Heizung/Widerstand
68 Leitung der Quench-Heizung/Widerstandslastschaltung
70 erste Leitung der supraleitenden Spulenanordnung
71 Leitung der Quench-Heizung/Widerstandslastschaltung

Claims

1. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit.

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (50) einschließlich einer Vielzahl räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34), die zur Bildung zumindest eine Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind, und einer Vielzahl getrennter Sekundärmagnetabschnitte (36, 38), die zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind,

b) zumindest einer Temperaturbegrenzungsschaltung (40, 42), die mit der supraleitenden Spulenanordnung verbunden ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Quench-Heizungsschaltung oder einer Quench- Widerstandsschaltung besteht, und

c) einem Supraleitungsschalter, der mit der supraleitenden Spulenanordnung gekoppelt ist.

2. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 1, wobei die Spulenabschnitte (32, 34, 36, 38) im Wesentlichen vollständig in Kontakt mit einem fluiden Kryogen stehen.

3. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 1, wobei die supraleitende Spulenanordnung zumindest zwei Hauptmagnetabschnitte (32, 34) aufweist, die zur Bildung der Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind.

4. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 1, wobei die supraleitende Spulenanordnung zumindest zwei Sekundärmagnetabschnitte (36, 38) aufweist, die zur Bildung der Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind.

5. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 1, wobei Sekundärmagnetspulenabschnitte (36, 38) Strom in einer entgegengesetzten Richtung zu den Hauptmagnetabschnitten führen.

6. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 1, wobei die Sekundärmagnetspulenabschnitte eine Abschirmungsspule (36, 38) bilden, die zur Vermeidung des Entweichens von Streumagnetfelder aus der Magnetanordnung positioniert sind.

7. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (50) einschließlich einer Vielzahl räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34), die zur Bildung zumindest einer Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind, und eine Vielzahl getrennter Sekundärmagnetabschnitte (36, 38), die zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind,

b) zumindest einer Quench-Heizungsschaltung (40, 42) mit einer Vielzahl von Quench-Heizungen (44, 46; 64, 66), die mit der supraleitenden Spulenanordnung parallel geschaltet ist, und

8. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 7, wobei zumindest eine Quench-Heizung (44, 46) in thermischen Kontakt mit den Hauptmagnetspulenabschnitten (32, 34) positioniert ist, und zumindest eine Quench-Heizung (64, 66) in thermischen Kontakt mit den Sekundärmagnetspulenabschnitten (36, 38) positioniert ist.

9. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der Heizungen (44, 46), die parallel mit den getrennten Hauptmagnetspulenabschnitten geschaltet sind, zumindest gleich wie die Anzahl der geschützten Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34) ist.

10. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 7, mit zumindest zwei Quench- Heizungsschaltungen (40, 42).

11. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets nach Anspruch 10, wobei jede Quench-Heizungsschaltung zumindest zwei Quench-Heizungen (44, 46; 64, 66) aufweist.

12. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (50) einschließlich einer Vielzahl räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34), die zur Bildung zumindest einer Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind, und einer Vielzahl getrennter Sekundärmagnetabschnitte (36, 38), die zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind,

b) zumindest einer Quench-Widerstandsschaltung (40, 42), die parallel zu der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet ist, wobei die Quench-Widerstandsschaltung eine Vielzahl von Quench-Widerständen (44, 46; 64, 66) aufweist, die miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sind, und

13. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit

b) zumindest einer Quench-Heizungsschaltung (40) mit einer Vielzahl im Wesentlichen identischer Quench- Heizungen (44, 46), die parallel mit der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet sind,

c) zumindest einer Quench-Widerstandsschaltung (42), die parallel zu der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet ist, wobei die Quench-Widerstandsschaltung eine Vielzahl von im Wesentlichen identischer Quench- Widerständen (64, 66) aufweist, die miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sind, und

d) einem Supraleitungsschalter, der mit der supraleitenden Spulenanordnung gekoppelt ist.

14. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (50) einschließlich zumindest zweier räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34), die zur Bildung zumindest einer Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind, und zumindest zweier räumlich getrennter Sekundärmagnetabschnitte (36, 38), die zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind, wobei die Spulen im Wesentlichen vollständig mit fluidem Kryogen in Kontakt stehen,

b) zumindest einer Temperaturbegrenzungsschaltung (40, 42), die mit der supraleitenden Spulenanordnung parallel geschaltet ist, wobei die Temperaturbegrenzungsschaltung aus einer ersten Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Quench-Heizungsschaltung mit einer Vielzahl von parallel geschalteten Quench-Heizungen (44, 46; 64, 66) oder einer Quench-Widerstandsschaltung mit einer Vielzahl von parallel oder in Reihe geschalteten Quench-Widerständen (44, 46; 64, 66) ausgewählt ist, und

15. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit

a) einer supraleitenden Spulenanordnung (50) einschließlich zumindest zweier räumlich getrennter Hauptmagnetspulenabschnitte (32, 34), die zur Bildung zumindest einer Hauptspulenreihenschaltung (50) in Reihe geschaltet sind, und zumindest zweier räumlich getrennter Sekundärmagnetabschnitte (36, 38), die zur Bildung zumindest einer Sekundärspulenreihenschaltung (52) in Reihe geschaltet sind, wobei die Spulen im Wesentlich vollständig in Kontakt mit einem fluiden Kryogen stehen,

b) zumindest einer Quench-Heizungsschaltung (40, 42) mit einer Vielzahl von Quench-Heizungen (44, 46; 64, 66), die parallel mit der Superleitungsspulenanordnung geschaltet sind, wobei zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit dem Hauptspulenabschnitt positioniert ist und zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit der Sekundärmagnetspulenabschnitt positioniert ist, und

16. Elektrische Schaltung eines supraleitenden Magnets (30) mit.

b) zumindest einer Quench-Heizungsschaltung (40, 42) mit einer Vielzahl von im Wesentlichen identischen Quench- Heizungen (44, 46), die parallel mit der Superleitungsspulenanordnung geschaltet sind, wobei zumindest eine Quench-Heizung in thermischen Kontakt mit dem Hauptmagnetspulen positioniert ist, und

c) zumindest einer Quench-Widerstandsschaltung (42), die parallel zu der supraleitenden Spulenanordnung geschaltet ist, wobei die Quench-Widerstandsschaltung eine Vielzahl von im Wesentlichen identischen Quench- Widerständen (64, 66) aufweist, die miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sind, wobei zumindest ein Teil, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Quench- Heizung und einem Quench-Widerstand besteht, in thermischem Kontakt mit den Hauptmagnetspulen positioniert ist, und zumindest ein aus der Gruppe ausgewähltes Teil in thermischen Kontakt mit den Sekundärmagnetspulen positioniert ist, und