DE3328369A1

DE3328369A1 - Vorrichtung und verfahren zur selektiven aktivierung von supraleitenden schaltern insbesondere zum trimmen von supraleitenden magneten

Info

Publication number: DE3328369A1
Application number: DE19833328369
Authority: DE
Inventors: Marvin Henry Mt. View Calif. Anderson; George Dewey Menlo Park Calif. Kneip Jr.; Reuy-Lin Fremont Calif. Lee
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1984-02-09
Also published as: GB2125632B; GB8320089D0; GB2168852B; GB8600163D0; GB2125632A; GB2168852A; JPS5934604A; JPH0612726B2; US4535291A

Description

- ψ.

Die Erfindung betrifft supraleitende Magnetvorrichtungen und insbesondere die Kontrolle der Homogenität des magnetischen Feldes zu magnetischen Resonanzmessungen.

Die Spezifizierung von Bereichen der Homogenität des magnetischen Feldes war bisher ein Gesichtspunkt, welcher die Grenzen der erreichbaren Genauigkeit des hochauflösenden magnetischen Resonanzphänomens aufzeigte. Bei kernmagnetisehen Resonanzspektrometern für die Analyse sind Abweichungen von der Homogenität im Normal-

_q
fall kleiner als Eins in 3 χ 10 über ein Volumen von der Größenordnung von 1 cm. Für Zwecke einer bildgebenden NMR-Vorrichtung wünscht man die Erzeugung magnetischer Feldgradienten, die über Volumina, welche im wesentlichen denen des menschlichen Körpers ähnlich sind, genau und reproduzierbar sidn. Beide Anwendungen erfordern die Kontrolle magnetischer Feldgradienten.

Die Kontrolle von Aberratiöns-Gradienten (Trimmen) wird gewöhnlich durch Addition eines gleichgroßen Gradienten mit entgegengesetztem Vorzeichen oder entgegengesetzter Richtung zur Elimination der Aberration erreicht. Gradienten in mehreren unterschiedlichen Richtungen erfordern entsprechende Korrekturen, und qualitativ hochwertige Magnetsysteme sind dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Trimmspulen unerwünschte räumliche Verläufe des magnetischen Feldes korrigiert und, wie in modernen bildgebenden NMR-Systemen, den gewünschten räumlichen Verlauf herstellt. Außerhalb der Magnetkonstruktion können die Verläufe, welche üblicherweise auftreten, als Begleitumstände einer mehrpoligen Expansion des magnetischen Feldes betrachtet werden. Wenn also ein Null-Gradient des räumlichen Verlaufs des magnetischen Feldes über ein mikroskopisches Volumenelement gewünscht wird, müssen demnach die harmonischen Kugelfunktionen von einem System von Triminspulen erzeugt werden, die sich so verhalten, daß die mehrpoligen Terme höherer Ordnung, welche das magnetische Mehrpolfeld der Hauptfeldspule bezeichnen, eliminiert werden. Diese Synthese wird mit einer Vielzahl von Trimmspulen, welche im Ideal fall rein mehr-

pol ige Komponenten zeigen, erreicht. Bei einer herkömmlichen Geometrie ist das Feld im Inneren der Magnetspule auf oder neben der Achse das interessierende Volumen, in dem die Feldverteilung kontrolliert werden muß. Für einen Feldpunkt mit den Koordinaten S (a.. = radius) und Θ, welcher sich innerhalb einer Kugel, die ihren Mittelpunkt auf der Achse der mittleren Symmetrieebene hat, und welcher sich gänzlich im Inneren des Magneten befindet, kann das Feld in radiale und axiale Komponenten wie

aufgelöst werden, wobei die Größen P (cos9) Legendre Polynome n-ter Ordnung sind, und die Koeffizienten E_n Koeffizienten der Taylor-Reihe sind, wie zum Beispiel

P _ J L-. A K foe)

Ζ», Η

Z= ύ

Für den Spezialfall des axialen Feldes entlang der Z-Achse bzw. der Zentralebene reduzieren sich die oberen Ausdrücke zu

Die Einzelheiten zur Auslegung von Magnetspulen gehen über den Umfang der vorliegenden Arbeit hinaus. Einschlägige Erörterungen können in Montgomery, "Solenoid Magnet Design," Wiley Interscience, 1969, gefunden werden.

Weitere Abweichungen vom gewünschten räumlichen Verlauf ergeben sich aus der Konstruktion spezieller Komponenten. Beispielsweise entsteht das Hauptfeld aus einer Magnetspule, und normalerweise sind zusätzliche axiale und transversale Komponenten, welche auf die Konstruktion der Magnetspule zurückzuführen sind, vorhanden. Ein Beispiel zur Verminderung gestimmter solcher Gradienten durch Konstruktionsdetails wird in dem U.S. Patent 4 213 angegeben.

Im Falle eines NMR-Spektrometers ist das Feld im Inneren der Magnetspule unidirektional und von konstanter Größe, hat jedoch kleine axiale und radiale Gradienten, welche man zu beseitigen wünscht. Die herkömmliche Kosntruktion solcher Magnetspulen und die Beseitigung von Gradienten wird in den U.S. Patenten Nr. 3 287 630; 3 419 904; 3 564 398; 3 577 067 und 4 180 769 dokumentiert.

Fachleuten auf dem Gebiet der kernmagnetischen Resonanz ist es bekannt, daß das erforderliche Trimmen des magnetischen NMR-Feldes oft ein langwieriger Prozeß ist, welcher der Wechselwirkung von speziellen Paaren von Trimmspulen durch die gegenseitige induktive Kopplung solcher Spulenpaare zuzuschreiben ist. Ein iteratives Vorgehen ist im allgemeinen erforderlich, um die gewünschte Toleranz für den Feldverlauf zu erreichen. Im Falle von supraleitenden Magnetsystemen mit Persistenzbetrieb, einschließlich supraleitender Trimmspulen, ist die Betriebsweise bezüglich der notwendigen Schritte zur Änderung der verschiedenen Persistenzströme noch umständlicher.

Supraleitende Magnetsystem bringen eine weitere Einschränkung mit sich, welche auf die gewünschte Wärmeisolation zwischen dem Magneten in dem Inneren eines Kryostaten und seiner externen

Kontrollvorrichtung zurückzuführen ist.

Im Stand der Technik was es anerkannt, daß die wahlweise Erregung der verschiedenen unabhängigen Komponenten eines Magneten für Persistenzbetrieb eine ungewöhnliche Verbesserung bezüglich der Verminderung thermischer Verluste anbieten würde, indem die Anzahl von Leitern welche für die Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Magnetkryostaten notwendig sind minimiert wird. Verschiedene AusfUhrungsbeispiele geeigneter Anordnungen sind in US-PS Nr. 4 173 775 beschrieben.

Der frühere Stand der Technik sah Zuleitungen vor, die genügten, um die Erregung verschiedener Trimmkomponenten unabhängig zu erregen. Während dies ein iteratives Vorgehen von großer Flexibilität erlaubt, reduziert die Anzahl der Leitungen, welche aus dem Inneren des Kryostaten zur Umgebungstemperatur führen, in unerwünschter Weise die Wärmeisolierung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kryostaten, so daß die Verbrauchsgeschwindigkeit des Kryogens durch Sieden erhöht wird.

Man hat auch gefunden, daß die selektive Persistenzschaltfunktion, wie sie in US-PS 4 164777 beschrieben ist, mit einer Einrichtung, welche auf Dioden basiert, erreicht werden kann, wobei die Wärme, welche von der Diode (Vorwärtsspannung) abgegeben wird, ausreichend ist, um den übergang eines Teils des Supraleiters in seinen normall eitendien Zustand zu bewirken. Obwohl es beim herkömmlichen Stand der Technik inhärent möglich war, gleichzeitig mehr als einen Persistenzschalter zu erregen, war für keine Strombegrenzung in den einzelnen Schaltern gesorgt. Als Folge hieraus könnte sich jeder ausgewählte Schalter mehr als für die Schaltfunktion notwendig aufheizen, so daß ein unnötiger Verbrauch von Kryogen resultiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Komplikationen welche von Wechselwirkungen von Gegeninduktivitäten zwischen supraleitenden Trimmspulen eines supraleitenden Magnetsystems herrühren, zu minimieren.

Eine zusätzliche Aufgabe ist es, eine wärmeeffiziente Steuerungseinrichtung zur Verfugung zu stellen, um wahlweise Paare von supraleitenden Magnetwindungen für Persistenzbetrieb zu erregen.

Eine weitere Aufgabe ist es, die Wärme welche von Persistenzschaltern abgegeben wird, zu begrenzen, um unnötigen Verbrauch von Kryogen zu vermeiden.

Die obengenannten Aufgaben werden in einem Magnetsystem gelöst, in dem wechselwirkende Paare von Magnetwindungen gleichzeitig erregt werden. So ergibt sich der gegenseitige Kopplungskoeffizient zu

M₁

¹²

ZdI₁ \ 2 /dl \

) U-) IdF/ Mt ^J

für das wechselwirkende Paar. In einem supraleitenden System wird dies durch Anordnung der Stroinkreiskomponenten in Diodenfeldern bewirkt, um besondere spezifizierte Paare von Persistenzschaltern zu erregen. Leistung zur Erregung der Spulen, welche von diesen Persistenzschaltern gesteuert werden, wird von zwei getrennten stromstabilisierten Stromversorgungen 1 und 2 geliefert, welche aufgrund ihrer Stromstabilisierungseigenschaften für die Korrelation

dl _ dl 1 - _ 2

dt dt

sorgen. Wo also durch Adressierung eines Diodenfeldes ein gewünschtes Paar von Spulen gemäß diesem Aspekt der Erfindung ausgewählt wird, werden die Feldströme zu den jeweiligen Magnetwindungen in einer entsprechenden Weise getrennt geliefert^ so daß eine zusätzliche Last (oder Senke), wie sie von einer Versorgung gesehen wird, sich als zusätzliche Quelle für die andere Versorgung darstellt. Die Eigenschaft, den Strom zu stabilisieren, kompensiert die jeweiligen Stromkreise.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schnitt eines NMR Spektrometer mit einem supraleitenden Magnetsystem nach der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht das gleichzeitige Abgleichen von Strom in bestimmten Paaren von Trimmspulen gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Diodenmatrix zur wählbaren Erregung von irgend einem Persistenzschalter oder bestimmten Paaren von Persistenzschaltern.

Fig. 4 zeigt eine andere Diodenmatrix zur wählbaren Erregung eines gegebenen Persistenzschalters oder bestimmter Paare von Schaltern.

Fig. 5 zeigt noch eine weitere Diodenmatrix zur wählbaren Erregung von Persistenzschalterpaaren.

Fig. 6 zeigt einen Persistenzschalter zur Steuerung eines supraleitenden Spulenpaares.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein kernmagnetisches Resonanzspektrometer beschrieben, welches ein supraleitendes Magnetsystem verwendet. Die Probe 11 ist in einer Phiole 12 zur Analyse ihrer magnetischen Resonanzeigenschaften angeordnet und befindet sich dazu innerhalb eines homogenen magnetischen Feldes IL, welches im axialen Innenraum einer supraleitenden Magnetspule 13 erzeugt wird. In einem typischen Spektrometer ist ein Paar Senderspulen 14 auf der Phiole 12 innerhalb des axialen Innenraums der Magnetspule 13 angebracht, wobei die Achsen der Spulen 14 zueinander ausgefluchtet sind und quer zum Feld Hq liegen.

-f-10.

Die Senderspulen 14 sprechen auf HF-Energie an, weiche vom HF-sender 15 abgeleitet wird, um die Probe zu bestrahlen. Die Empfängerspule(n) 16 ist (sind) in der Nähe der Probe 11 mit ihren Achsen transversal sowohl zu denen der Spulen 14 als auch zum Feld Hg angeordnet, um von Probe 11 die Resonanzeigenschaften abzuleiten. Ein HF-Empfänger 17, der mit der Empfängerspule 16 in Verbindung steht, verstärkt und detektiert das Resonanzsignal.

Der supraleitende Magnet 13 wird von einer Gleichstromversorgung 18 erregt und steht dazu mit den symbolischen Leitungen 18A in Verbindung, die sich durch eine verhältnismäßig schmale Buchse im Dev/ar 12 erstrecken; die Leitungen 18A sind in schematischer Weise als sich zu dem Dewar erstreckend dargestellt und so geschaltet, um Magnetspule 13 in irgendeiner seiner angeschlossenen Windungen zu erregen. Hierdurch erstreckt sich ein homogenes Magnetfeld Hq von verhältnismäßig hoher Stärke durch das Volumen der Probe 11. Im allgemeinen werden Feldstärken von der Größenordnung von 10 Tesla verwendet. Wird das Feld des supraleitenden Magnetsystems 13 als zufriedenstellend angesehen, kann seine Verbindung zu der Stromversorgung unterbrochen werden, und ein magnetisches Feld wird von einem persistierenden Strom, dank der supraleitenden Eigenschaften der Magnetwindungen, aufrecht erhalten. Die Steuerung der Persistenzschalter ist symbolisch durch die Vorrichtung 19 zur Spulenselektion angedeutet, wobei diese mit weiteren Komponenten im Inneren des Kryostaten durch die Leitungen 19A in Verbindung steht.

Sender 15 liefert genau definierte HF Impulse an die Spule 14, um eine Resonanzspektralverteilung der Eigenschaften der Probe zu bekommen, und diese Impulse, welche einen weiten Frequenzkomponentenbereich haben, werden wahlweise von der Probe absorbiert. Empfängerspule 16 nimmt die von Probe 11 zurückgestrahlte Energie auf, und Empfänger 17 führt, nachdem das zeitabhängige HF-Signal aufbereitet und digitalisiert worden ist, Fourier-Transformations-Berechnungen durch, welche in einer NMR-Spektralverteilung zur Anzeige oder. Aufzeichnung in Einrichtung 21 resultieren.

Das supraleitende Magnetsystem 13 wird auf Kryogen-Temperaturen gehalten, charakteristisch für die supraleitende Phase von Magnetkomponenten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Kryogen-Temperatur mit einem Dewar 20 aufrechterhalten, das einen äußeren Aluminiummantel 21 besitzt, welcher an einem Aluminiumreservoir 22, das flüssigen Stickstoff bei einer Temperatur von näherungsweise 77°K enthält, angebracht ist. Unter diesem Resevoir 22 für flüssigen Stickstoff befindet sich ein weiteres Reservoir 23, das mit flüssigem Helium gefüllt ist. Reservoir 23 umgibt Zylinder 124, in dem das supraleitende Magnetsystem 13 angebracht ist. Zwischen der Wand 24 des Reservoirs 23 und dem Boden 25 des Reservoirs 22, sowie zwischen der Wand 24 und der Seitenwand 26 und dem Boden 27 des Wärmestrahlungsschirms 28 existiert ein evakuierter Raum, der normalerweise auf einem typischen Vakuum von ungefähr 10 Torr gehalten wird. Ein weiterer Wärmestrahlungsschirm 29 befindet sich in dem evakuierten Raum unmittelbar außerhalb des Reservoirs 23. Einen weiteren evakuierten Raum gibt es zwischen dem Deckel 31 und der Seitenwand 32 des Reservoirs 22, sowie zwischen der Wand 26 und dem Boden 27 des Strahlungsschirms 28 und des Mantels 21. In diesem weiteren evakuierten Raum ist ein weiterer Strahlungsschirm 33 angebracht. Um die Minimierung des Wärmeflusses von außerhalb des Dewar 20 zu dem supraleitenden Magnetsystem 13 zu unterstützen, sind Schirm 33, Deckel 31, Boden 25 und Schirm 29 jeweils mit Hülsen 34, 35 und 36 ausgestattet, die alle konzentrisch zu Rohrwand 37 sind, die sich durch das Innere des Reservoirs 23 erstreckt. Rohrwand 37 ist zu einer Hülse 38 koaxial und erstreckt sich zwischen diametralen Enden des Dewar 20. Das supraleitende Magnetsystem ist zu den Hülsen 34-36 koaxial, so daß sich das Magnetfeld H_n auch in derselben Richtung wie die gemeinsame Längsachse der Hülsen erstreckt. Die Konstruktion des Dewars des vorliegenden Systems ist in den US-PS Nr. 4 212 169; 4 291 541 und der deutschen Anmeldung P 29 06 075.1 detailliert dargestellt; die Hauptstruktur eines supraleitenden Magnetsystems ist in der US-PS 4 180 769 beschrieben.

Q / /7

In Fig. 2 stellt die punktierte Umrandung das Dewar 20 dar. Eine Hauptspule 52 wird über Leitungen 55 und 56 von der stromstabilisierten Stromversorgung 54 versorgt. Ein Persistenzschalter 58, der in einer weiter unten erörterten Weise gesteuert wird, wählt die normale oder die supraleitende Phase für einen Teil eines Hauptmagnetspulen-Nebenschlußleiters 59 aus. Wenn der Nebenschlußleiter 59 supraleitend ist, kann die Hauptstromversorgung 54 abgeschaltet werden, und das magnetische Feld der Magnetspule wird imPersistenzbetrieb durch Ströme, welche in der supraleitenden Anordnung bestehend aus den Magnetspulen 52 und dem Nebenschlußleiter 59, zirkulieren, gehalten.

Die Trimmspulen zur Gradientenkorrektur sind in zwei Gruppen 62 und 64 organisiert, wobei jede Gruppe unabhängig von getrennten dazugehörigen stromstabilisierten Stromversorgungen 66 und über jeweils 70 und 72 und über die den zwei

Gruppen gemeinsame Leitung, 74 erregt wird.

Es sei hier angemerkt, daß eine Leitung eingespart werden kann (und dabei die Wärmeableitung in dem Kryostaten vermindert wird); Leitungen 56 und 70 sind in der Tat derselbe Leiter.

Die verschiedenen Spulen zur Gradientenkorrektur sind so ausgelegt, daß sie Felder erzeugen, die die den Termen in den Ausdrücken, für H-, und H entsprechen. Bestimmte Kombinationen von transversalen Gradienten sind auch vorgesehen.

Die gegenseitige induktive Kopplung zwischen bestimmten Gradientenkorrekturspulen ist am stärksten ausgeprägt für axiale Gradienten aufeinanderfolgender gerader Ordnungen, d.h., H~, H- und H». Gradienten ungerader Ordnung werden durch gepaarte Trimmspulen mit gegenläufigem Windungssinn ausgelöscht, und die zwischen ihnen vorhandene Gegeninduktivität wird grundsätzlich durch enge geometrische Toleranzen begrenzt; folglich ist die Kopplung zwischen Spulen für Gradienten ungerader Ordnung gewöhnlich eine Größenordnung kleiner, verglichen mit Gradienten der nächstniedrigen geraden Ordnung. Es ist erwünscht, daß die Nebenschlüsse individueller Korrekturspulen der Gruppen 62 mit Nebenschlüssen bestimmter

Korrekturspulen in Gruppen 64 in den Beziehungen gepaart sind, in denen die Mitglieder der betreffenden Gruppe durch ihre Gegeninduktivitäten während der nichtpersistenten Betriebsweisen eng gekoppelt sind, um iterative Abgleichsfolgen zwischen den ausgewählten Spulenpaaren zu vermeiden. Solche Paare sind über ihre Gegeninduktivität wechselwirkend, und jede kommuniziert mit der jeweiligen stromstabilisierten Stromversorgung 66 und 68ο Folglich wird eine induktive Komponente in dem einen Stromkreis, die für die eine dieser beiden Stromversorgungen als eine Last erscheint, in dem wechselwirkenden Stromkreis durch die andere Stromversorgung, die insoweit als Stromsenke arbeitet, absorbiert. In ähnlicher Weise kann die Hauptmagnetspule gleichzeitig so betrieben werden, daß sie als Quelle oder Senke für eng damit gekoppelte .Korrekturspulen funktioniert.

Die Korrelation der ausgewählten Spulen wird über das Dekodierfeld 76 erreicht. Mit einer Anzahl Endleiter, die zu dem Äußeren des Kryostaten 20 führen, soll irgend einer von fL Schaltern der Gruppe 62 und N_? Schaltern der Gruppe 64, und/oder Paare von Schaltern einer von jeder Gruppe, und/oder Dreiergruppen von Schaltern mit Einschluß der Hauptspule, erregt werden.

In einem spezifischen Beispiel sind Paare von nicht wechselwirkenden Spulen zur Erregung einer gemeinsamen Stromversorgung her zusammengruppiert. Wenn gleichzeitig von den jeweiligen Stromversorgungen erregt, wird die Wechselwirkung aufgrund der Gegeninduktivität automatisch kompensiert. Die Hauptmagnetspule H₀ wird von einer getrennte.! stromstabilisierten Stromversorgung aus erregt und kann mit ausgewählten einzelnen Trimmspulen im Rahmen der Fähigkeit des Schalter-Selektionsnetzwerkes, welches weiter unten beschrieben wird, assoziiert werden. Beispielsweise kann H_Q gleichzeitig mit H_? und H» erregt werden, sowie gelöst von der stromstabilisierten Stromversorgung 54 erregt werden. Tabelle I gibt ein Beispiel für die Gruppierung.

	Tabelle I
Anordnung	62 Anordnung 64
H₂	H₄
^Hl	^H3
«X	«Υ
. ^Hxz	^HYZ
"XY	H ²- ² ¹¹X Y

Das Dekodierfeld 76 kann mehrere Formen annehmen; ein einfacher allgemeiner Weg ist ein Binär-zu-Oktal- oder Hexadezimal-Dekodierer. Ein spezielleres Dekodierfeld wird in Fig. 3 gezeigt und in Tabelle II weiter analysiert. Dies ist eine Einrichtung mit vier Eingangsleitungen, welche zwölf individuelle Funktionen zwischen Paaren der vier Eingangsleitungen bedienen kann.

	Tabelle II	C	D
+ A	B	Z^	z4
—	M	X	YZ
Z	—	—	Reserve
Z3	ZY	χ2-γ2	—
XZ	Y

A
B
C
D

Die Schalterselektion der vorliegenden Erfindung kann mit Mitteln, wie sie oben beschrieben worden sind, indem sichergestellt wird, daß die gleichzeitige Selektion von Schaltern sich nicht in einer zu hohen Wärmeabfuhr auswirkt implementiert werden. Dies wird durch Hinzufügung eines Serienwiderstandes zu jeder Schaltdiode erreicht, um den Strom durch jenen Schalter zu begrenzen. Eine typische Diode, bei der der Spannungsabfall im Durchlaßbereich zwischen 0,735-0,84 Volt liegt, wird mit 1,1 Volt vorgespannt und auf 100 mA (Maximales EJ begrenzt. Der erforderliche zusätzliche Widerstand beträgt 2,9 Ohm. Der Maximal strom, der dem unteren Endbereich von E^ entspricht, beträgt 136 mA.

Wenn die Klemme A mit einem Gleichstroin-Erregerpotential verbunden wird, und die Schalter B, C und D mit Masse verbunden werden, um eine erste Vielzahl von gleichzeitig erregten Schaltern zu

? etablieren, ergibt sich ein Stromfluß durch die Z" Diode zur

4
Klemme C, durch die Z Diode zur Klemme D, und durch die M Diode (M steht für Haupt entspricht dem englischen Main) zur Klemme B. Falls auf der anderen Seite Klemme A mit Masse verbunden wird, während die Klemmen B, C, und D mit höherem Erregerpotential

1 3 verbunden werden, werden Schalter Z , Z und XZ ausgewählt. Die Erregung eines Persistenzschalters überträgt Wärme zu einem supraleitenden Segment, welche ausreicht, einen übergang von supraleitender Phase zur normalen Phase zu bewirken. Demnach bedeutet Einschalten eines Persistenzschalters Zurückführen des zugehörigen Stromkreises, welcher aus der supraleitenden Spule und dem Nebenschluß besteht, in den normalen Zustand. In der vorliegenden Erfindung wird dieser Betrieb paarweise durchgeführt, um das gleichzeitige Abgleichen eines Spulenpaares, ohne daß eine iterative Kompensation für die Wechselwirkungen aufgrund der Gegeninduktivität notwendig wird zu erlauben; und die Anzahl der Wärmeleiter, welche zu dem Inneren des Kryo-staten erforderlich sind, zu minimieren.

In ähnlicher Weise vermindert das Dreileitersystem in Fig. 4 (analysiert in Tabelle III) die thermischen Verluste zu dem Inneren des Kryostaten durch weiteres Vermindern der Leiterzahl, während die Auswahl von sechs getrennten Funktionen zwischen Eingangsleiterpaaren zur Verfugung gestellt wird. Diese Funktionen können durch geschickte Parallel anordnungen von Persistenzschaltern für gewünschte Kombinationen mehrfache Schaltererregung einschließen.

Tabelle III

B
C

+ Λ	B C	XZ
—	χγ ζ ι, ζ³	YZ
M	Ζ4,_Ζ2
X,Y

Das Paaren von Schaltern als auswähl bare Elemente für das Dekodierfeld von Fig. 4 kann auch durch Anordnung der gepaarten

Schalter in Serie mit anderen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, erreicht werden und wird mit Tabelle III in gleicher Weise analysiert.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zur Betätigung einer Vielzahl von Spulen erhält man dadurch, indem man einen Persistenzschalter bildet, der eine Vielzahl von supraleitenden Nebenschlüssen enthält, wobei jeder von diesen mit einer zugehörigen Spule assoziiert ist. Eine solche Anordnung wird in Fig. 6 gezeigt, wo Spulen 92 und 93 von einem einzelnen Persistenzschalter 94, der eine einzelne Wärmequelle, bestehend aus Diode 95 und/oder Widerstand 96, verwendet, gesteuert werden.

Obwohl sich die vorliegende Erörterung auf ein Spektrometer bezieht und dabei die Elimination von Gradienten vorschlägt, ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Der erfolgreiche Aufbau jedes beliebigen Gradienten oder jeder beliebigen Feldform erfordert ebenso Trimmspulen zur Einstellung der- Feldverteilung. Darüberhinaus bezieht sich die Beschreibung zwar auf einen supraleitenden Magneten, wobei aus einer erhöhten Wärmeeffizienz Nutzen gezogen wird, das ist jedoch nicht der ausschließliche Kontext für die vorliegende Erfindung.

Claims

Patentanwälte European Patent Attorneys München V1 P582 D VARIAN ASSOCIATES, INC. Palo Alto, CaI., U.S.A. VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR SELEKTIVEN AKTIVIERUNG VON SUPRALEITENDEN SCHALTERN INSBESONDERE ZUM TRIMMEN VON SUPRALEITENDEN MAGNETEN Priorität: 9. August 1982 - USA - Serial No. 406 ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur selektiven Aktivierung einer gewünschten Vielzahl von supraleitenden Schaltern, welche einen minimalen Wärmeverlust herbeiführen, mit

einem Kryosfcaten zur Isolation der N supraleitenden Persistenzschalter und zum Halten derselben auf im wesentlichen Kryogen-Temperaturen,

einer Anzahl K von Leitern zur Herstellung einer Verbindung von außerhalb des Kryostaten zu dessen Innerem zur Aktivierung der Schalter, und

Dekodierkreis-Einrichtungen zur Erzeugung ausgewählter Kombinationen wenigstens N unterscheidbarer Ausgangssignale aus K Eingangssignalen mit N>K.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei der die Persistenzschal-

ter ein supraleitendes Teil, einen Widerstand und eine Diode umfassen, um Wärme zum Zerstören der supraleitenden Phase des supraleitenden Teiles zu liefern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Widerstand den Innenwiderstand der Diode und einen ausreichenden zusätzlichen Widerstand zur Begrenzung des Stromflusses durch den Persistenzschalter auf eine gewünschte Größe umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Kombination aus Persistenzschaltern aus einer Parallelschaltung der einzelnen Schalter der Kombination besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Kombination aus Persistenzschaltern aus einer Serienschaltung der einzelnen Schalter der Kombination besteht.

6. Verfahren zum Erzielen einer gewünschten Magnetfeldverteilung aus einer Vielzahl von Magnetfeldkomponenten, welche von elektrisch erregten Spulen erzeugt werden, bei dem bestimmte Paare der Spulen durch Gegeninduktivität wechselwirken, bei dem

eine erste Spule des Paares mit einer ersten stromstabilisierten Stromversorgung,verbunden wird,

eine zweite Spule des Paares mit einer zweiten stromstabilisierten Stromversorgung, verbunden wird, und

eine der beiden stromstabilisierten Stromversorgungen, eingestellt wird, während gleichzeitig die Verbindungen aufrechterhalten werden und die stromstabilisierten Stromversorgungen den Effekt von induzierten Strömen befriedigen, welche auf die Wechselwirkung der Gegeninduktivität zurückzuführen sind.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer ersten Vielzahl von persistenten supraleitenden Stromkreisen gemeinsam von einem einzigen Aktivierungssignal aus, bestehend aus einer ersten Anzahl supraleitender Nebenschlüsse, von denen jeder im Betrieb mit je einem der supraleitenden Stromkreise assoziiert ist, und einer einzelnen Wärmequelle, welche von dem Aktivierungssignal aktiviert wird, wobei die Anzahl von Nebenschlüssen mit der Wärmequelle in thermischer Verbindung steht.