DE3852957T2 - Magnetischer zusammenbau. - Google Patents

Description

• In unserer europäischen Patentanmeldung Nr. 0160350 haben wir einen Magneten mit niedrigem Schlankheitsverhältnis zur Verwendung in der magnetischen Resonanz-Bilddarstellung (MRI> beschrieben. Diese Magnetanordnung wies minimal mögliche Abmessungen in der Patientenzugangsrichtung auf, so daß die kleinste Oberflächengröße des Patienten während des Verlaufs der Prüfung abgedeckt war. In den beschriebenen Beispielen wurden gegenläufige Spulen verwendet, um das Vorzeichen verschiedener Fehlerterme niedriger Ordnung umzukehren, um somit ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld innerhalb eines gleichförmigen Bereichs in der Bohrung der Anordnung zu erzeugen.
• Außer der Verbesserung des Patientenzugangs hat diese Art von Magnet weitere Vorteile. Zu diesem gehören die Verwendung eines sehr viel kleineren Kältereglers als bislang möglich war, so daß auf diese Weise die thermische Belastung und daher die Kühlmittelbetriebskosten vermindert werden können, und eine Verminderung der allgemeinen Abmessungen der Anordnung, wodurch die Einsatzflexibilität und auch die Möglichkeit der Verminderung der Kosten der Kältereglermaterialien durch Verminderung sowohl der Abmessungen als auch des Gewichts der Anordnung verbessert werden.
• Es hat sich jedoch gezeigt, daß zur Erzielung des vollen Vorteils des ungehinderten Zugangs zu dem gleichförmigen Bereich es notwendig ist, das von der Anordnung erzeugte Magnetstreufeld zu vermindern. Da die Magnetanordnung in axialer Richtung kurz ist, gibt es selbstverständlich ein wesentliches Streufeld für ein gegebenes Bohrungsfeld.
• Wir haben in Erwägung gezogen, das Streufeld durch Anordnung eines zweiten Satzes gegenläuf iger Spulen um die Anordnung zu vermindern, wir haben jedoch gefunden, daß dieses einen minimalen Einfluß auf das äußere axiale Feld hat. Ein weiterer Nachteil dieser "aktiven" Abschirmung besteht darin, daß der Durchmesser der Anordnung merklich erhöht wird und dieses wiederum die Vorteile beseitigt, die durch Verminderung des Gesamtvolumens des Kältereglers erreicht wird. Es versteht sich, daß der Kälteregler in diesem Falle notwendig ist, weil im allgemeinen für die Spulen supraleitende Materialien verwendet werden, die den supraleitenden Zustand nur bei sehr niedrigen Temperaturen aufweisen.
• Die EP-A-0240935 beschreibt einen üblichen MRI-Magneten mit einem Satz Spulen, die ein homogenes Feld innerhalb eines Arbeitsvolumens erzeugen, und einer äußeren Eisenabschirmung.
• Die EP-A-0167059 beschreibt die Verwendung von Eisenscheiben zur Verbesserung der Homogenität eines Magnetfeldes.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Magnetanordnung wenigstens eine elektrische Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds in einem Arbeitsbereich; und eine passive äußere Abschirmung aus magnetischem Material, die um die Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die passive äußere Abschirmung so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die Homogenität des Magnetfelds innerhalb des Arbeitsbereiches vergrößert und die Magnetfeldstärke außerhalb der Anordnung vermindert, wenn Arbeitsströme in der wenigstens einen Spule fließen, im Vergleich zu der Homogenität und der äußeren Feldstärke, wenn dieselben Arbeitsströme durch die wenigstens eine Spule allein fließen.
• Wir haben beobachtet, daß es möglich ist, um die Spule eine passive Abschirmung aus magnetischem Material (typischerweise ein ferromagnetisches Material, wie beispielsweise Eisen) anzuordnen, was nicht nur die Streufeldstärke vermindert, sondern auch die Homogenität des Feldes im Arbeitsbereich steigert.
• Typischerweise wird der Arbeitsbereich in einer Bohrung der wenigstens einen elektrischen Spule definiert, obgleich er axial gegenüber der Spule versetzt sein könnte.
• In einigen Beispielen enthält die Magnetanordnung mehrere Spulen, die axial versetzt untergebracht sein können, oder beides. Im allgemeinen sind die Spulen jedoch koaxial.
• Um eine optimale Form für die Abschirmung zu erzeugen, haben wir ein analytisches Verfahren vorgeschlagen, bei dem die magnetische Abschirmung nicht nur als den Rückflußweg für das Streufeld schaffend angesehen wird, sondern auch als ein Satz von Quasi-Strom führender Spulen, die zum Magnetfeld im -Arbeitsbereich beitragen. Dieses wird in der Praxis dadurch erreicht, daß man das Eisen in Berechnungen als einen Satz von Äquivalenzstrom führender Schalen darstellt. Auf diese Weise ist es möglich, ein gekoppeltes Design zu erzeugen, in dem die physikalischen Spulen der Magnetanordnung und die umgebende Abschirmung als eine integrale Quelle der Feldenergie angesehen werden.
• Wir haben gefunden, daß dort, wo sowohl die Abschirmung als auch die Spule(n) gleichzeitig optimiert werden, weniger Leiter für eine gegebene Homogenität benötigt wird, als bei gleicher Anordnung von Magnetabmessung und Homogenität, wenn die Abschirmung fehlt. Bis zu einem gewissen Ausmaß resultiert dies aus den zuvor bekannten Vorwärtsverbesserungswirkungen, weil die Energiedichte in der Abschirmung höher als im freien Raum ist, der die Spulen mgibt, und weil sich eine entsprechende Steigerung des Bohrungsfeldes ergibt. Weitere spezielle Vorteile der Verwendung der Abschirmung können jedoch angegeben werden. Der bedeutenste von ihnen besteht darin, daß im allgemeinen im Falle von Magneten mit kurzem (in axialer Richtung) Schlankheitsverhältnis bei Fehlen der Abschirmung längere Spulen benötigt werden, um die Feldfehler niedriger Ordnung zu beeinflussen. Es ist eine Folge der Anordnung eines Zylinders aus magnetischem Material um die Spulen, daß Feldfehler niedriger Ordnung von der Abschirmung erzeugt werden.
• Vorzugsweise überlappt die Abschirmung die Spule oder Spulen in beiden axialen Richtungen. Wir haben ermittelt, daß in diesem Falle die Feldfehler niedriger Ordnung, die von der Abschirmung erzeugt werden, positive Werte im Vergleich zu den Feldfehlern haben, die von den Spule(n) herrühren, und in dieser Situation können die größeren Spulen der zuvor unabgeschirmten Anordnungen weggelassen werden, und das Magnetfeld kann dazu verwendet werden, die Feldfehler niedriger Ordnung positiv zu beeinflussen.
• In dieser Situation kann die Möglichkeit einer noch weiteren Herabsetzung der Länge der Anordnung wirtschaftlich erreicht werden.
• Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer passiven Abschirmung in dieser Konfiguration besteht darin, daß die Rotation des magnetischen Flusses innerhalb der Spule(n) von der axialen in die radiale Richtung minimiert wird, was wiederum die Scherkräfte in den Wicklungen herabsetzt und daher das Spulenmaterial (typischerweise Supraleiter) wirksamer eingesetzt werden kann.
• Vorzugsweise liegt die Magnetisierungsrichtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche der magnetischen Abschirmung. Dies bedeutet, daß im Falle einer zylindrischen Abschirmung jener Teil der Abschirmung, der die Spule(n) umgibt, eine solche Dicke auftjeist, daß die Hauptrichtung der Magnetisierung im wesentlichen parallel zur Achse der Magnetanordnung ist Dies trägt beachtlich zur Bestimmung der Form der Abschirmung bei, da "Übersprechen" zwischen verschiedenen Teilen der Abschirmung im wesentlichen beseitigt ist. Typischerweise ist die Abschirmung dünn hergestellt, beispielsweise durch Ausschneiden aus einem dünnen Blech. Um ausreichend Material zu erhalten, das den Fluß für Abschirmungszwecke aufnehmen kann, müssen mehrere Bleche kombiniert werden, um einen laminaren Aufbau zu bilden.
• Die Erfindung ist speziell zur Verwendung mit Magnetanordnungen mit niedrigen Schlankheitsverhältnissen geeignet, beispielsweise wo die axiale Länge der Bohrung zwischen dem 0,8- und 1,4-fachen des Bohrungsdurchmessers liegt.
• Zwei Beispiele von Magnetanordnungen nach der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
• Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer ersten Ausführungsform, wobei der Kälteregler aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen ist;
• Fig. 2 eine schematische Darstellung der magnetischen Feldstärke außerhalb der Anordnung von Fig. 1;
• Fig. 3 ein System zum weiteren Homogenisieren des Feldes der Anordnung von Fig. 1, und
• Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform.
• Die Magnetanordnung von Fig. 1 enthält drei koaxiale und in Achsrichtung beabstandete supraleitende Spulen, von denen zwei Spulen 1, 2 in Fig. 1 gezeigt sind. Die Spulen sind um eine Achse 3 angeordnet, und es sei angemerkt, daß die Magnetanordnung symmetrisch um die Achse 3 und auch um eine Mittenebene 4, die senkrecht zur Achse 3 ist, aufgebaut ist. Die dritte Spule, die der Spule 2 entspricht, ist somit symmetrisch zur Spule 2 auf der anderen Seite der Mittenebene 4 angeordnet. Die Spulen sind in einem Kälteregler (nicht dargestellt) angeordnet, um ihre Temperatur auf jene herabzusetzen, die für Supraleitfähigkeit erforderlich ist.
• Die Spule 1 hat eine innere Radialabmessung von 59 cm und eine äußere Radialabmessung von 60 cm, eine axiale Länge von 5,6 cm und ist symmetrisch um die Mittenebene 4 zentriert.
• Die Spule hat 67,2 kA-Windungen und eine Stromdichte von -24000 A/cm².
• Die Spule 2 hat einen Innenradius von 57,5 cm und einen Außenradius von 62,5 cm. Ihre axial innenliegende Seite ist 47,375 cm von der Mittenebene 4 gelegen und ihre axial außenliegende Fläche ist 52,625 cm von der Mittenebene 4 gelegen. Die Spule hat 232,864 kA-Windungen mit einer Stromdichte von -8871 A/cm². Die dritte Spule ist symmetrisch zur Spule 2 angeodnet und gleicht der Spule 2 und führt eine identische Stromdichte.
• In diesem Beispiel fließt der Strom in jeder Spule in gleicher Richtung.
• Eine Eisenabschirmung 5 ist um die Spulen angeordnet und hat einen zylindrischen Abschnitt 6, der koaxial zur Achse 3 der Spulen ist und symmetrisch um die Mittenebene 4 angeordnet ist, und zwei scheibenförmige Endabschnitte 7 (von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist), eine an jedem Ende des zylindrischen Abschnitts 6. Die Eisenabschirmung kann aus separaten Bauteilen bestehen oder, wie in der Zeichnung gezeigt, kann einen einstückigen Aufbau haben. Die radial innenliegende Fläche 8 des scheibenförmigen Abschnitts 7 definiert die Weite der Bohrung der Magnetanordnung (auf die unten Bezug genommen wird)
• Bei diesem Beispiel hat die Abschirmung eine konstante Dicke von 10 cm, eine äußere axiale Länge von 140 cm und eine innere axiale Länge von 120 cm. Die Abschirmung ist derart angeordnet, daß die Distanz von der Innenfläche 8 des scheibenf örmigen Abschnitts 7 zur Achse 3 45 cm beträgt, was zu einem Bohrungsdurchmesser von 90 cm führt. Daher ist der Innendurchmesser der Abschirmung 90 und der Außendurchmesser 200 cm.
• Jede Spule erzeugt ein Magnetfeld, das durch Terme einer Komponentennullterordnung und mehrerer Fehlerterme höherer Ordnung beschrieben werden kann. Die Größe dieser Fehlerterme bestimmt die Homogenität des Felds innerhalb der Magnetanordnung, und bei der MRI ist eine hohe Homogenität normalerweise erforderlich. Gewöhnlich können die Spulen selbst keine für diesen Zweck ausreichend hohe Homogenität erzeugen. Wir haben ermittelt, daß es möglich ist, eine Eisenabschirmung 5 solcher Form anzugeben, daß die Homogenität des Feldes innerhalb der Magnetanordnung verbessert ist, während auch das Maß magnetischer Abschirmung außerhalb der Magnetanordnung verbessert ist. In der Praxis ist die Eisenabschirmung 5 relativ dünn, so daß die Richtung der Hauptmagnetisierung innerhalb der Abschirmung im wesentlichen parallel zur Achse 3 der Anordnung verläuft. Dies ermöglicht es, die Abschirmung auf eine Gruppe zu behandeln, was den analytischen Prozeß vereinfacht, der notwendig ist, um die Spulen- und Abschirmungsgrößen zu optimieren.
• Um die Abschirmungs- und Spulengrößen zu bestimmen, beabsichtigen wir ursprünglich daß die Abschirmung 5 einen Flußrückweg für das magnetische Streufeld anbietet, (d.h. für das Feld außerhalb der Anordnung), und wir haben die Abschirmung auch als einen Satz von Quasi-Strom führende Spulen angesehen. Dies erreicht man in der Praxis, indem man die Abschirmung in Berechnungen als einen Satz äquivalenter stromführender Schalen darstellt. Auf diese Weise ist es möglich, ein gekoppeltes Design zu erzeugen, in dem die drei physikalischen Spulen der Magnetanordnung und das umgebende Eisen der Abschirmung 5 als eine integrale Quelle von Feldenergie angesehen werden, und wir trachten danach, diesen Satz von Gruppen zu optimieren, um ein homogenes Bohrungsfeld und ein minimales äußeres Streufeld zu erzeugen.
• Das gegenwärtig bevorzugte Verfahren zur Erzielung der optimalen Gestalt ist wie folgt
• a) Wir nehmen eine übliche Magnetanordnung und fügen eine Eisenjochabschirmung unter Verwendung von Finite-Element-Verfahren hinzu, um das Streufeld zu vermindern.
• b) Wir finden die Feldverstärkung und die Streufeldverminderung für eine willkürlich gegebene Eisenmasse.
• c) Wir vermindern den Supraleiterumfang in den Spulen zur Reduzierung des Bohrungsfeldes auf die Größe der unabgeschirmten Magnetanordnung und prüfen erneut unter Verwendung der Finite-Element-Verf ahren die Eisenmenge, die zur Erzielung der ursprünglichen Streufeldwerte erforderlich ist. Wir bestimmen die Fehlerterme, die aus dem Eisen in der Bohrung der Magnetanordnung (Spulen und Eisen) erwachsen unter Verwendung äquivalenter Schalenmodelle und die Hauptrichtung der Magnetisierung im Eisen unter Verwendung von Finite-Element-Verfahren
• d) Wir umreißen das Eisen zur Kompensation von Feldfehlern niedriger Ordnung. Dies wird unter Verwendung der Hauptrichtung der Magnetisierung erreicht, die aus den Finite-Element-Verfahren abgeleitet wird, und unter Verwendung dieser Richtung berechnen wir Äquivalentstromschalen zur Darstellung des Eisens in einer Feldfehlerexpansionsoptimierung. Eine solche Optimierung ist detaillierter in EP-A-0160350, Seiten 7-10 beschrieben.
• Dieser Satz Berechnungen kann iterativ ausgeführt werden, wobei im wesentlichen eine Finite-Element-Routine das Streufeld und die Bohrungsfehlerterme grob sowie die Richtung der Hauptmagnetisierung bestimmt, und dann wird in einem zweiten Schritt das Eisen als ein Satz von Quasi-Spulen behandelt und zusammen mit den echten Spulen optimiert.
• Die Veränderung des magnetischen Feldes innerhalb der Bohrung der Magnetanordnung mit den oben im Detail definierten Spulen und Abschirmungen ist berechnet worden und wird unten in Tabelle 1 gezeigt. Der erste Abschnitt der Tabelle 1 zeigt die Anderung als magnetische Feldstärke, und der zweite Abschnitt als ppm. In jedem Falle sind nur axiale, sphärische harmonische Terme auf einem Radius vom Ursprung des Magneten von 22,5 cm betrachtet worden.
• Es sei angemerkt, daß die harmonischen Fehlerterme, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, unter Verwendung allgemein bekannter Verfahren berechnet worden sind, wobei von Computeralgorithmen auf der Grundlage von Legendre Polynomen Gebrauch gemacht wurde. Dieses Verfahren ist ursprünglich von Garrett in Journal of Applied Physics, Band 22, Nr. 9, September 1951, Seite 1091 beschrieben worden. Tabelle 1 Sphärische Harmonische (Tesla) Wicklungen allein Eisen allein Gesamt Verunreinigungen (ppm von Bo Feld)
• In einer idealen Situation würden die Fehlerterme aufgrund des Eisens ein entgegengesetztes Vorzeichen und eine gleiche Amplitude bezüglich der Fehlerterme von den Spulen haben, und man sieht aus der Tabelle 1, daß eine bemerkenswerte Annäherung an diesen optimalen Zustand erreicht worden ist. Das beschriebene Beispiel führt zu einer Homogenität von ±1000 ppm über ein Volumen, das für die gesamte Körperabbildung nützlich ist, d.h. mit einer axialen Länge von 40 cm und einem Radius von 25 cm längs der Mittenebene 4, was zu einer Kugel eines mittleren Radius von etwa 23 cm führt. Die Homogenität kann noch weiter verbessert werden, indem man innerhalb der Bohrung der Magnetanordnung ein passives Eisenscheibensystem anordnet, das detaillierter in unserer anhängigen internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB88/00286 beschrieben ist. Dieses ist schematisch in Fig. 3 gezeigt, die die Bohrung 22 der Magnetanordnung als durch die Innenfläche 21 eines Kältereglers definiert darstellt, innerhalb dem die Spulen angeordnet sind. Um das Magnetfeld innerhalb der Bohrung weiter zu homogenisieren, ist ein Feldänderungssystem 24 in die Bohrung 22 eingeschoben. Das System 24 enthält einen inneren Zylinder 25 aus nicht ferromagnetischem Material, um dessen Außenseite drei Bänder 26 aus nicht-magnetischem Material in gegenseitigem axialen Abstand angeordnet sind. Die Innenseite eines jeden Bandes 26 hat mehrere längliche Rillen 27, die etwa in 10o-Intervallen um den Umfang des Zylinders 25 angeordnet sind. Jeder Satz ausgerichteter Rillen 27 ist dazu eingerichtet, eine längliche Schiene 28 aus nicht-magnetischem Material aufzunehmen, das durch die Rillen geschoben werden kann und sich über die gesamte Länge des Zylinders 25 in im wesentlichen konstanter radialer Distanz zur Achse der Bohrung 22 erstreckt. Jede Schiene 28 weist mehrere Taschen 29 auf, die an vorbestimmten Stellen längs ihrer Längserstreckung gelegen sind.
• In einigen der Taschen 29 jeder Schiene sind eine oder mehrere identische Scheibenstücke angeordnet, die aus Blechen kornorientierten (d.h. gewalzten) Stahls bestehen. Bei diesem Beispiel werden Eisenstücke mit Abmessungen von 100 x 100 mm verwendet, während der Radius des inneren Zylinders 25 eine Größe von 40 cm hat. Die Tabelle 2, unten zeigt die Dicke und Position relativ zur Mittenebene 4 der Eisenstücke, die in jeder Schiene 28 sitzen, um das Magnetfeld innerhalb der Bohrung weiter zu homogenisieren. In dieser Tabelle zeigt das negative Vorzeichen an, daß das Eisenstück sich auf der entgegengesetzten Seite zur Mittenebene 4 bezüglich des Eisenstückes befindet, das eine Position mit positivem Vorzeichen hat. Tabelle 2 axiale Position der Tasche bezüglich der Mittenebene 4 (mm) Tiefe des Eisens in der Tasche (mm)
• Entsprechende Taschen in jeder Schiene 28 definieren entsprechende Eisenringe. Tabelle 3, unten zeigt die axialen, sphärischen harmonischen Terme aufgrund der Eisenstücke allein. Tabelle 3 axiale Verunreinigung vorherbestimmte Verunreinigung (ppm) und oben
• Die Werte in der zweiten Spalte von Tabelle 3 sollten mit den Verunreingiungswerten in Tabelle 1, oben verglichen werden, woraus man sieht, daß die vorhergesagten Verunreinigungen aufgrund der Eisenstücke sehr nahe gleich und entgegengesetzt zu den Verunreinigungen aufgrund der Spulen und des Eisens wenigstens bis zur zehnten Ordnung sind.
• Durch Verwendung der zusätzlichen Eisenscheibenstückanordnung kann die Homogenität des Feldes auf die Größenordnung von 300 ppm auf einer Kugel von 40 cm Radius und auf 17 ppm auf einer Kugel von 30 cm Radius zentriert auf den Ursprung erreicht werden. Dies ist für Zwecke der MRI vollständig ausreichend. In der Praxis verändert die Änderung der Homogenität des Bohrungsfeldes von ±1000 ppm hinab auf einen Wert von einigen 10 ppm die Flußverteilung in der Bohrung, und dieses erzeugt eine leichte Wechselwirkung mit der Flußverteilung in der Abschirmung. Das ganze System sollte daher unter Verwendung der Finit-Element-Verfahren überprüft werden, und der Umfang der Hinzufügung von Eisenteilen sollte nachgestellt werden, bis die erforderliche Homogenität erreicht ist.
• Neben der Kopplung mit den Spulen zur Erzeugung eines im wesentlichen homogenen Feldes innerhalb der Bohrung vermindert die Abschirmung 5 auch wesentlich das magnetische Streufeld. Der Grund für die Abschirmung kann aus Fig. 1 ersehen werden, wo die magnetischen Flußlinien aufgetragen sind, und man erkennt daraus, daß ihr Rückweg in die Eisenabschirmung 5 konzentriert ist.
• In dem beschriebenen Beispiel ist das magnetische Streufeld in Fig. 2 gezeigt, wo die Linien 9-12 die Bereiche angeben, in denen die magnetische Feldstärke 1 G, 5 G, 10 G bzw. 50 G ist. Man sieht, daß ein beachtlicher Abschirmungsgrad mit dem 5-G-Bereich erreicht worden ist, der sich nicht mehr als 200 cm in radialer Richtung und 340 cm in axialer Richtung erstreckt. Zum Vergleich zeigt die gestrichelte Linie 10' in Fig. 2 den 5-G-Bereich bei Fehlen der Abschirmung 5 an. Diese Linie trifft die Achse 3 bei etwa 800 cm von der Mitte der Anordnung.
• Tabelle 4, unten vergleicht die Anzahl der Amperewindungen, die für verschiedene Arten von Magnetanordnungen zur Erzeugung desselben Bohrungsfeldes von 0,5 T erforderlich ist. Man kann aus dieser Tabelle sehen, daß das Beispiel von Fig. 1 einen sehr viel wirksameren Aufbau aufweist und daher billiger und leichter als alle anderen Konstruktionen ist. In Tabelle 4 ist "Magnet 1" ein üblicher unabgeschirmter Magnet, "Magnet 2" ist ein aktiv abgeschirmter Magnet, der in EP-A-144171 dargestellten Form, und "Magnet 3" ist ein Magnet, der gemäß Fig. 1 dieser Beschreibung aufgebaut ist. Tabelle 4 Bohrungsdurchmesser Anzahl der Amperewindungen Magnet
• Ein zweites Beispiel einer Magnetanordnung ist teilweise in Fig. 4 gezeigt, die einen inneren Satz aus vier im axialen Abstand angeordneten Spule 13 bis 16 und ein äußeres Paar Spulen 17, 18 aufweist, die koaxial zu den Spulen 13 bis 16 angeordnet sind.
• Die Spulen 17, 18 führen einen Strom, der entgegengesetzt zum Strom in den Spulen 13 bis 16 fließt. Die Spulen 13 bis 18 bestehen aus einem supraleitfähigen Material und sind innerhalb eines Heliumgefäßes 19 angeordnet. Das Heliumgefäß 19 bildet Teil eines Kältereglers, der auch eine innere Strahlungsabschirmung 20 enthält, die das Heliumgefäß 19 umgibt, eine äußere Strahlungsabschirmung 30, die die innere Abschirmung 20 umgibt, und eine äußere Vakuumkammer 31, die die äußere Abschirmung 30 umgibt. Ein Eisenjoch oder -abschirmung 32 ist um den Kälteregler angeordnet und ist äquivalent zur Eiseabschirmung 5 im vorangehenden Beispiel, wobei sich die radial erstreckenden Sektionen des Jochs "Polstücke" bilden, die einen ähnlichen Effekt wie die Abschnitte 7 des ersten Beispiels haben.
• In diesem Beispiel ist die Achse der Spulen nicht gezeigt.
• Fig. 4 ist eine schematische Darstellung und zeigt nicht die exakten Lagen der Spulen 13 bis 18 und der Abschirmung 32. Diese können unter Verwendung der zuvor beschriebenen Verfahren berechnet werden.

Claims (11)

1. Magnetanordnung mit wenigstens einer elektrischen Spule 1, 2 zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einem Arbeitsbereich; und eine passive äußere Abschirmung (5) aus magnetischem Material, die um die Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die passive äußere Abschirmung so angeordnet und gestaltet ist, daß sie die Homogenität des Magnetfeldes in dem Arbeitsbereich steigert und die magnetische Feldstärke außerhalb der Anordnung vermindert, wenn Arbeitsströme in der wenigstens einen Spule fließen, im Vergleich zu der Homogenität und der äußeren Feldstärke, wenn dieselben Arbeitsströme durch die wenigstens eine Spule allein fließen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmung (5) aus Eisen besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Magnetanordnung mehrere koaxiale, axial beabstandete Spulen aufweist, die radial innerhalb der Abschirmung angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Arbeitsbereich innerhalb eines Raumes liegt, der von der oder jeder Spule bestimmt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der wenigstens zwei im wesentlichen koaxial elektrische Spulen radial innerhalb der Abschirmung angeordnet sind, wobei der Innenradius wenigstens einer der Spulen kleiner als der einer anderen der Spulen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die wenigstens zwei Spulen (13 bis 16; 17, 18) mit einer Stromquelle derart verbunden sind, daß sie gegenläufige Arbeitsströme führen.

7. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Abschirmung (5) die Spule oder Spulen (1, 2) in beiden axialen Richtungen belappt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Abschirmung (7) radial nach innen vorstehende Abschnitte (7) an jedem axialen Ende aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Dicke des Magnetfeldes derart ist, daß die Hauptrichtung der Magnetisierung in der Abschirmung im wesentlichen parallel zur Achse (3) der Magnetanordnung ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend passive Scheibeneinrichtungen, die innerhalb der oder jeder Spule angeordnet sind, um das magnetische Feld innerhalb des Arbeitsbereiches weiter zu homogenisieren.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anordnung ein Schlankheitsverhältnis im Bereich von 0,8 bis 1,4 hat.