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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf supraleitende Magnete und insbesondere
auf eine elektrische Schaltungsanordnung, die einen supraleitenden
Magneten vor Beschädigung
(d. h. eines spontanen Verlustes der Supraleitfähigkeit) während des Löschens schützt.
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Supraleitende
Magnete sind solche supraleitenden Vorrichtungen, die eine supraleitende Hauptspulenanordnung
haben und, ohne darauf beschränkt
zu sein, Magnetresonanz-Bildgebungs (MRI)-Systeme zur medizinischen Untersuchung,
supraleitende Rotoren für
elektrische Generatoren und Motoren und magnetische Levitationsvorrichtungen zum
Zugtransport einschliessen. Supraleitende Vorrichtungen verwenden
gewöhnlich
einen supraleitenden Schalter, der zwischen einem andauernden supraleitenden
Betriebsmodus und einem nicht-dauerhaften supraleitenden Betriebsmodus übergeht. Üblicherweise
wird ein supraleitender Schalter verwendet, um einen supraleitenden
Betrieb der supraleitenden Vorrichtung zu starten und diesen supraleitenden
Betrieb gewollt runter zu fahren.
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Bekannte
supraleitende Schalter sind in einem kryogenen Bereich (d. h. innerhalb
des Kryostaten) der supraleitenden Vorrichtung angeordnet, wo die
Betriebstemperatur kleiner als oder gleich der kritischen Temperatur
des Supraleitermaterials ist, das in der supraleitenden Hauptspulenanordnung
für die supraleitende
Vorrichtung verwendet ist. Ein derartiger supraleitender Schalter
hat üblicherweise
einen supraleitenden Spulenabschnitt und einen elektrischen Heizabschnitt.
Der Spulendraht von dem supraleitenden Spulenabschnitt ist in einer
bifilaren zwei-in-Hand-Weise gewickelt (d. h. benachbarte Windungen
in der gleichen Schicht des Spulendrahtes oder die Windungen in
benachbarten Schichten des Spulendrahtes sind abwechselnd in Uhrzeigerrichtung
und Gegenuhrzeigerrichtung gewickelt, wenn man sich entlang und
zwischen den zwei Enden des Spulendrahtes bewegt) für eine kleine
Induktivität
und hat eine hochgradige elektrische Isolation für ein angemessenes Spannungsstandhaltevermögen, um
die vorgesehene Spitzenklemmenspannung des Schalters zu erfüllen. Eine
Aktivierung des elektrischen Heizabschnittes erhöht die Temperatur des supraleitenden
Spulenabschnittes über
die kritische Temperatur.
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Löschschutztechniken
für supraleitende
Vorrichtungen umfassen Techniken zum Verhindern (oder Verzögern) einer
einsetzenden Löschung
und Techniken zum Verhindern (oder Begrenzen) eines Schadens an
der supraleitenden Vorrichtung, die einen Löschvorgang durchläuft. Dieser
Schaden kommt von beschädigenden
hohen Temperaturen und hohen Beanspruchungen, die lokal auf den
Magneten an dem Löschon
ausgeübt
werden. Bekannte Techniken zum Verhindern (oder Begrenzen) eines derartigen
Schadens versuchen, eine übermäßige lokalisierte
Wärmeenergieabscheidung
in der supraleitenden Wicklung zu vermeiden und umfassen die Verwendung
eines Lösch-Detektionssignals
(aus der elektrischen Mitte von der supraleitenden Hauptspulenanordnung
der supraleitenden Vorrichtung), das direkt einem Energieableitungswiderstand
zugeführt wird
oder direkt eine großflächige elektrische
Heizeinrichtung speist, die nahe der supraleitenden Hauptspulenanordnung
der supraleitenden Vorrichtung angeordnet ist. Derartige bekannte
Techniken brauchen eine relativ lange Zeit zum Arbeiten. Es ist auch
bekannt, das Lösch-Detektionssignal
außerhalb
des Kryostaten zu verstärken,
aber dies vergrößert die
Gefahren bezüglich
der Sicherheit und erfordert zusätzliche
Kryostat-Durchdringungen.
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Eine
elektrische Schaltungsanordnung für einen supraleitenden Magneten
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist in JP-61-168 274A beschrieben.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung
bereitzustellen, die einen supraleitenden Magneten vor einer Beschädigung während eines
Löschvorganges
schützt.
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Gemäß der Erfindung
wird eine elektrischen Schaltungsanordnung für einen supraleitenden Magneten
bereitgestellt, die enthält:
a) eine supraleitende Magnetspulenanordnung; b) eine Vorrichtung
zum Erfassen einer Magnetlöschung
in der supraleitenden Magnetspulenanordnung; c) einen supraleitenden
Pilotschalter enthaltend: (1) einen supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt,
der mit der supraleitenden Magnetspulenanordnung supraleitend in Reihe
geschaltet ist und einen supraleitenden Betriebsmodus und einen
widerstandsbehafteten Betriebsmodus hat; und (2) einen widerstandsbehafteten
Pilotschalter-Heizabschnitt, der durch die ein Löschen erfassende Vorrichtung
aktiviert wird und nahe an dem supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt angeordnet
ist zum Schalten des supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnittes
von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus; und d) eine Vorrichtung zum Lösch-Schützen der supraleitenden Magnetspulenanordnung,
wobei die Lösch-Schutzvorrichtung
durch den supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt getriggert
wird, der von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus umschaltet; dadurch gekennzeichnet, daß die Lösch-Schutzvorrichtung
eine widerstandsbehaftete Löschschutz-Heizeinrichtung
aufweist, die nahe der supraleitenden Magnetspulenanordnung angeordnet ist
und elektrisch mit dem supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt
parallel geschaltet ist.
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Mit
der Erfindung sind mehrere Nutzen und Vorteile erzielbar. Die elektrische
Schaltungsanordnung für
einen supraleitenden Magneten erfordert keine zusätzlichen
Kryostat-Durchdringungen. Wenn der supraleitende Pilotschalter widerstandsbehaftet wird,
hat er die Wirkung, die Detektion der Magnet-Löschung durch den ersten Schaltungsabschnitt zu
verstärken,
und diese Verstärkung
wird von dem zweiten Schaltungsabschnitt verwendet, um die Spulenanordnung
vor einer Beschädigung
aufgrund des Löschvorganges
schnell zu schützen.
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Die
beigefügten
Zeichnungen stellen mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar,
wobei:
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1 ein
schematisches Schaltbild von einem Beispiel einer elektrischen Schaltungsanord nung
für einen
supraleitenden Magneten ist, wobei ein Wärmepuls aus dem supraleitenden
Drahtabschnit des Pilotschalters schnell und gleichförmig die gesamte
Spulenanordnung erwärmt
und dadurch eine Beschädigung
aus dem lokalisierten Löschen der
Spulenanordnung vermeidet;
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2 ein
schematisches Schaltbild von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der elektrischen Schaltungsanordnung für einen supraleitenden Magneten
ist, wobei eine widerstandsbehaftete Löschschutz-Heizeinrichtung schnell
und gleichförmig
die gesamte Spulenanordnung erwärmt
und dadurch eine Beschädigung
aus dem lokalisierten Löschen
der Spulenanordnung vermeidet; und
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3 ein
schematisches Schaltbild von einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der elektrischen Schaltungsanordnung für den supraleitenden Magneten
ist, wobei ein Energieableitwiderstand schnell die elektrische Energie
in der Spulenanordnung abführt
und dadurch eine Beschädigung aus
dem lokalisierten Löschen
der Spulenanordnung vermeidet.
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Es
wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei die 1–3 jeweils
eine unterschiedliche elektrische Schaltungsanordnung 110, 210 und 310 für einen
supraleitenden Magneten gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen, die vorzugsweise vollständig in dem Kryostaten des
entsprechenden supraleitenden Magneten (nicht gezeigt) angeordnet
ist. Die elektrische Schaltungsanordnung 110, 210 und 310 für einen
supraleitenden Magneten enthält
eine supraleitende Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312,
die als eine einzelne Spule in den 1 und 2 und
als zwei getrennte Spulen in 3 gezeigt
ist. In einem Ausführungsbeispiel
enthält
die Spulenanordnung 112, 212 und 312 übliche Spulenwicklungen
aus einem stabilisierten und isolierten supraleitenden Draht oder
Band, das beispielsweise Niob-Zinn aufweist. Die Spulenanordnung 112, 212 und 312 hat
eine elektrische Mitte 114, 214 und 314,
wie es für
den Fachmann auf einfache Weise verständlich ist.
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Die
elektrische Schaltungsanordnung 110, 210 und 310 enthält auch
Mittel 116, 216 und 316 zum Detektieren
einer Magnetlöschung
in der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 und
enthält
ferner einen supraleitenden Pilotschalter 118, 218 und 318.
Der supraleitende Pilotschalter 118, 218 und 318 enthält einen
supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 120, 220 und 320,
der supraleitend mit der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 in
Reihe geschaltet ist und einen supraleitenden Betriebsmodus und
einen widerstandsbehafteten Betriebsmodus aufweist. Es sei darauf
hingewiesen, daß der
supraleitende Pilotschalter-Drahtabschnitt 120, 220 und 320 erste
und zweite Enden 122 und 124, 222 und 224 sowie 322 und 324 hat.
Der supraleitende Pilotschalter 118, 218 und 318 hat
auch einen widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126, 226 und 326,
der durch die Lösch-Detektiervorrichtung 116, 216 und 316 aktiviert
wird und nahe dem supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 120, 220 und 320 angeordnet
ist zum Schalten des supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnittes 120, 220 und 320 von
dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten Betriebsmodus.
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Vorzugsweise
enthält
die Lösch-Detektiervorrichtung 116, 216 und 316 den
widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126, 226 und 326, der
aufweist: Einen ersten Leiter 128, 228 und 328, der
elektrisch mit einem der ersten und zweiten Enden 122 und 124, 222 und 224 sowie 322 und 324 des
supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnittes 120, 220 und 320 in
Reihe geschaltet ist; einen zweiten Leiter 130, 230 und 330 der
elektrisch im allgemeinen mit der elektrischen Mitte 114, 214 und 314 der
supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 in
Reihe geschaltet ist; und einen Kaltwiderstandswert während des
supraleitenden Betriebs der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 hat.
Vorzugsweise enthält
die Lösch-Detektiervorrichtung 116, 216 und 316 auch einen
Ausgleichswiderstand 132, 232 und 332 mit
einem Kaltwiderstand, der im allgemeinen gleich dem Kaltwiderstand
von dem widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126, 226 und 326 ist
und einen ersten Leiterabschnitt 134, 234 und 334 aufweist,
der elektrisch mit dem zweiten Leiter 130, 230 und 330 des
widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnittes 126, 226 und 326 in
Reihe geschaltet ist. Um Signale mit einem niedrigen Spannungswert
von dem widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126, 226 und 326 zu
sperren und dadurch falsche Triggersignale in einer elektromagnetisch
rauschreichen Magnetumgebung zu eliminieren, enthält die Lösch-Detektiervorrichtung 116, 216 und 316 vorzugsweise
ferner zwei entgegengesetzte Dioden 335' und 335'' (nur
in 3 zu sehen), die elektrisch parallel geschaltet
sind und elektrisch zwischen und mit der elektrischen Mitte 114, 214 und 314 der
supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 und
dem widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126, 226 und 326 in
Reihe geschaltet sind. Eine andere derartige Lösch-Detektiervorrichtung (in
den Figuren nicht gezeigt) enthält: Verbindung
von dem zweiten Leiter des widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnittes
mit einem Zwischenabschnitt von der supraleitenden Magnetspulenanordnung,
der von der elektrischen Mitte wesentlich unterschiedlich ist, Verbinden
des ersten Leiters des Ausgleichswiderstandes mit dem gleichen Teil
der supraleitenden Magnetspulenanordnung und Einstellen des Widerstandswertes
des Ausgleichswiderstandes auf einen Wert, der nicht gleich dem
widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt ist, wobei der
Wert so gewählt
wird, daß die
Abweichung von der elektrischen Mitte der Verbindung der Spulenanordnung
kompensiert wird; eine Kombination von mehr als einer Spulenanordnungsverbindung, wobei
jede an einem elektrisch bestimmten Teil von der Spulenanordnung
ist und jede mit ihrer eigenen Schaltungsanordnung des Pilotschalter-Heizabschnittes
und Ausgleichwiderstand; eine widerstandsbehaftete Suchspule, die
magnetisch mit der Spulenanordnung gekoppelt ist, wobei ihr Spannungssignal
mit der Magnetklemmenspannung kombiniert wird, um das Vorhandensein
des Widerstandsanstiegs aus einer Löschzone in der Spulenanordnung
anzuzeigen; und ähnliches;
wie es für
den Fachmann ohne weiteres verständlich
ist.
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Die
elektrische Schaltungsanordnung 110, 210 und 310 enthält zusätzlich eine
Vorrichtung 136, 236 und 336 für den Lösch-Schutz
der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312,
wobei die Lösch-Schutzvorrichtung 136, 236 und 336 durch
den supraleitenden Pilotschalter-Drahtab schnitt 120, 220 und 320 getriggert
wird, der von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus umschaltet. In einem Ausführungsbeispiel generiert der
supraleitende Pilotschalter-Drahtabschnitt 120 einen Wärmepuls
beim Umschalten von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus, und, wie nur in der elektrischen Schaltungsanordnung 110 in 1 für einen
supraleitenden Magneten zu sehen ist, enthält die Lösch-Schutzvorrichtung 136 den
supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 120, der nahe
der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112 angeordnet
ist. Im Betrieb wird eine lokalisierte Magnetlöschung in der supraleitenden
Magnetspulenanordnung 112 als ein Spannungs-Ungleichgewicht
detektiert, das den widerstandsbehafteten Pilotschalter-Heizabschnitt 126 aktiviert,
der den supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 120 triggert,
um von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus umzuschalten, wodurch ein Wärmepuls generiert wird, um die
gesamte supraleitende Magnetspulenanordnung 112 schnell
und gleichförmig
zu erwärmen,
um eine Beschädigung
daran von dem lokalisierten Löschvorgang
zu verhindern, wie es für
den Fachmann ohne weiteres deutlich wird.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das
nur in der elektrischen Schaltungsanordnung 210 in 2 von
dem supraleitenden Magneten zu sehen ist, enthält die Lösch-Schutzvorrichtung 236 eine
widerstandsbehaftete Lösch-Schutz-Heizeinrichtung 237,
die nahe der supraleitenden Magnetspulenanordnung 212 angeordnet
und elektrisch dem supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 220 parallel
geschaltet ist. In einem Ausführungsbeispiel enthält die widerstandsbehaftete
Lösch-Schutz-Heizeinrichtung 237 zwei
widerstandsbehaftete Sub-Heizeinrichtungen 237' und 237'', die elektrisch miteinander in
Reihe geschaltet sind und nahe den Enden der supraleitenden Magnetspulenanordnung 212 angeordnet
sind, und weiterhin enthält
sie eine dritte widerstandsbehaftete Sub-Heizeinrichtung 237''',
die elektrisch dem Sub-Heizeinrichtungspaar 237' und 237'' elektrisch parallel geschaltet
ist und nahe der Mitte der supraleitenden Magnetspulenanordnung 212 angeordnet
ist. Im Betrieb wird eine lokalisierte Magnetlöschung in der supraleitenden
Magnetspulenanordnung 212 als ein Spannungs-Ungleichgewicht
detektiert, das die widerstandsbehaftete Pilotschalter-Heizeinrichtung 226 aktiviert,
die den supraleitenden Pilotschalter-Drahtabschnitt 220 triggert, um
von dem supraleitenden Betriebsmodus in den widerstandsbehafteten
Betriebsmodus umzuschalten, wodurch elektrischer Strom zu der widerstandsbehafteten
Lösch-Schutz-Heizeinrichtung 237 gerichtet
wird, die schnell und gleichförmig
die gesamte supraleitende Magnetspulenanordnung 212 erwärmt, um
eine Beschädigung
daran von dem lokalisierten Löschvorgang
zu verhindern, wie es für
den Fachmann verständlich
ist.
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In
dem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das nur in der elektrischen Schaltungsanordnung 310 für einen
supraleitenden Magneten in 3 zu sehen
ist, enthält
die Lösch-Schutzvorrichtung 336 einen
supraleitenden Schalter 339 und einen Energieableitwiderstand 341.
Der supraleitende Ableitwiderstandsschalter 339 hat einen
supraleitenden Drahtabschnitt 343 des Ableitwiderstandsschalters,
der supraleitend mit der supraleitenden Magnetspulenanordnung 312 (die
zwei im allge meinen identische Spulen 312' und 312'' aufweist)
und dem supraleitenden Drahtabschnitt 320 des Pilotschalters
in Reihe geschaltet ist, und hat einen widerstandsbehafteten Heizabschnitt 345 des
Ableitwiderstandsschalters, der nahe dem supraleitenden Drahtabschnitt 343 des
Ableitwiderstandsschalters angeordnet ist und elektrisch dem supraleitenden
Drahtabschnitt 320 des Pilotschalters parallel geschaltet
ist. Der Energieableitwiderstand 341 ist elektrisch dem supraleitenden
Drahtabschnitt 343 des Ableitwiderstandsschalters parallel
geschaltet. Vorzugsweise ist der elektrische Widerstandswert des
Energieableitwiderstandes 341 größer als der elektrische Widerstand
des widerstandsbehafteten Heizabschnittes 345 des Ableitwiderstandsschalters.
Im Betrieb wird eine lokalisierte Magnetlöschung in der supraleitenden
Magnetspulenanordnung 312 als ein Spannungs-Ungleichgewicht
detektiert, das den widerstandsbehafteten Heizabschnitt 326 des
Pilotschalters aktiviert, der den supraleitenden Drahtabschnitt 320 des
Pilotschalters triggert, um von dem supraleitenden Betriebsmodus
in den widerstandsbehafteten Betriebsmodus umzuschalten, wodurch
elektrischer Strom in den widerstandsbehafteten Heizabschnitt 345 des
Ableitwiderstandsschalters gerichtet wird, der den supraleitenden
Drahtabschnitt 343 des Ableitwiderstandsschalters von supraleitend
nach widerstandsbehaftet ändert,
was schnell elektrischen Strom zum Energieableitwiderstand 341 und
von der supraleitenden Magnetspulenanordnung 312 weg richtet,
um dadurch eine Beschädigung
daran von dem lokalisierten Löschen
zu verhindern, wie es für den
Fachmann verständlich
ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die elektrische Schaltungsanordnung 310 für einen
supraleitenden Magneten vorzugsweise, in spiegelbildlicher Relation,
einen zweiten supraleitenden Pilotschalter 318' (der einen
supraleitenden Drahtabschnitt 320' des Pilotschalters und einen widerstandsbehafteten
Heizabschnitt des Pilotschalters aufweist, der der Gleichgewichtswiderstand 332 ist),
einen supraleitenden Ableitwiderstandsschalter 339' (der einen
supraleitenden Drahtabschnitt 343' des Ableitwiderstandsschalters
und einen widerstandsbehafteten Heizabschnitt 345' des Ableitwiderstandsschalters
aufweist) und einen zweiten Energieableitwiderstand 341' enthält, wie
es am besten in 3 zu sehen ist.
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Andere
Lösch-Schutzmittel
(in den Figuren nicht gezeigt) enthalten: Erzeugen von einer oder mehreren
normalen Zonen in der Spulenanordnung durch Verändern des lokalen Magnetfeldes
durch Ändern
der Erregung von einer oder mehreren Stromspulen; Induzieren einer
Strahlströmung
von warmem Kryogen über
die gesamte oder einen Teil von der Spulenanordnung; schnelle Abfuhr
des Kryogens aus einem Kontakt mit der Spulenanordnung; und Steuerung
der verbundenen elektrischen Energieversorgung, um den Magnetstrom
zu senken; und ähnliches;
wie es für
den Fachmann verständlich
ist.
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Somit
ist ersichtlich, daß die
elektrische Schaltungsanordnungen 110, 210 und 310 gemäß der Erfindung
für einen
supraleitenden Magneten ein Betätigungssignal
kleiner Energie aus der Lösch-Detektionsvorrichtung 116, 216 und 316 verwendet,
um einen supraleitenden Pilotschalter 118, 218 und 318 zu
triggern, der mit der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 in
Reihe geschaltet ist, wodurch für
eine rasche Verstärkung
des Betätigungssignals
gesorgt wird. Das verstärkte
Signal wird dann verwendet, um schnell die Lösch-Schutzvorrichtung 136, 236 und 336 (wie
beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, eine widerstandsbehaftete
Lösch-Schutz-Heizeinrichtung 237,
um die gesamte supraleitende Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 oder
einen Energieableitwiderstand 341 gleichförmig zu
erwärmen,
um elektrischen Strom von der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 abzuziehen)
schnell zu triggern, um eine beschädigende lokalisierte Abscheidung
von Wärmeenergie
in der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 zu
vermeiden. Es sei darauf hingewiesen, daß in vielen MRI supraleitenden
Magneten der Löschschutz
in etwa zwei Sekunden arbeiten muß, nachdem die lokalisierte
Magnetlöschung
spontan startet. Jedoch steigen die potentiell beschädigenden
Temperaturen und Beanspruchungen, die durch den lokalisierten Löschvorgang
auf die supraleitende Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 ausgeübt werden,
mit zunehmender Schutzsystem-Betätigungszeit
sehr schnell an, so daß jedes
Zehntel einer Sekunde bei der Beschleunigung in dem Betrieb des
Schutzsystems für
einen signifikanten Vorteil bei der Vermeidung einer Beschädigung an
der supraleitenden Magnetspulenanordnung 112, 212 und 312 sorgt.
Die elektrische Schaltungsanordnung 110, 210 und 310 gemäß der Erfindung
für einen
supraleitenden Magneten, die in dem Kryostaten des Magneten vollständig in
sich geschlossen sein kann, sorgt für einen sicheren, schnell wirkenden
Löschschutz
mit kleiner Betätigungsenergie.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
hat der supraleitenden Drahtabschnitt 120, 220 und 320 des Pilotschalters
4,9 m (16 Fuß)
des supraleitenden Drahtes, so daß es wenig Wärmeabscheidung
(z. B. unter ein Joule) aus dem widerstandsbehafteten Heizabschnitt 126, 226 und 326 des
Pilotschalters erfordert, um widerstandsbehaftet zu werden. Wenn der
supraleitende Drahtabschnitt 120, 220 und 320 des
Pilotschalters widerstandsbehaftet wird, erzeugt er Wärme aus
dem Magnetstrom (der in MRI Anwendungen in einem Bereich zwischen
im allgemeinen 100 und 1000 Ampere liegen kann) und führt beispielsweise
375 Watt ab. Somit verstärkt
der supraleitende Pilotschalter 118, 218 und 318 ein
Heizsignal kleiner Energie in eine Pilotschalter-Heizrate mit hoher
Energie, die von der Lösch-Schutzvorrichtung 136, 236 und 336 (wie
beispielsweise durch die widerstandsbehaftete Lösch-Schutz-Heizeinrichtung 237 oder
durch den Energieableitwiderstand 341) verwendet wird.
Der supraleitende Pilotschalter 118, 218 und 318 wird
in einem Ausführungsbeispiel
wie folgt hergestellt: Acht Windungen von 0,76 × 1,27 mm (0,030 × 0,050'') isoliertem Niob-Titan Supraleiter mit
1,3 : 1 Kupfer-zu-Supraleiter-Verhältnis und einem Kupfer-Restwiderstandsverhältnis von
70 werden auf eine Fiberglas-Verbundform mit einem Durchmesser von
106,7 mm (4,2'') und einer Länge von
11,4 mm (0,45'') mit Flanschen gewickelt.
Ein Zwischenschicht-Fiberglasgewebe wird oben auf die Supraleiterschicht
in einer Art und Weise gelegt, die für den Fachmann bekannt ist.
Eine 305 × 10,2
mm (12'' × 0,4'')
24 Ohm Polyimid-isolierte geätzte
Folienheizvorrichtung wird über
die Fiberglasschicht gelegt, und die elektrischen Leiter der Heizvorrichtung
werden entlang der Seite des Flansches herausgeführt. Eine weitere Schicht aus
Fiberglasgewebe wird über die
Heizvorrichtung gelegt und dann werden acht Windungen des Supraleiters über das
Oberteil schichtgewickelt. Die Anfangs- und Endleiter des Supraleiters
werden aus dem Paket herausgeführt,
und mehrere Schichten aus Fieberglasgewebe werden über die
obere Supraleiterschicht gewickelt. Die gesamte Anordnung wird dann
durch Vakuum-Druck-Imprägnierung
mit Epoxidharz abgeschlossen und in einer dem Fachmann bekannten
Art und Weise ausgehärtet.
Der Supraleiter kann in einer bifilaren Weise gewickelt sein, um
die Induktivität
des Pilotschalters zu verkleinern.
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
enthält
der supraleitende Ableitwiderstandsschalter 339: Eine Spulenform;
erste, zweite und dritte Schichten aus elektrisch isoliertem, stabilisierten,
supraleitenden Spulendraht; eine erste elektrisch isolierte, elektrische
Heizeinrichtung; und eine erste Schicht aus elektrischer Isolierung.
Die Spulenform enthält
eine im allgemeinen zylindrische Welle mit einer im allgemeinen
longitudinal verlaufenden Achse, erste und zweite Enden, eine Mitte,
die im allgemeinen äquidistant
von den Enden angeordnet ist, und Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigerrichtungen
um die Achse der Welle herum. Die erste Schicht des Spulendrahtes wird
in Umfangsrichtung in der Uhrzeigerrichtung um die Welle herum von
dem ersten Ende zur Mitte und in der Gegenuhrzeigerrichtung von
der Mitte zum zweiten Ende gewickelt. Die zweite Schicht des Spulendrahtes
wird in Umfangsrichtung in Uhrzeigerrichtung um die erste Schicht
herum von dem ersten Ende zur Mitte und in der Gegenuhrzeigerrichtung von
der Mitte zum zweiten Ende gewickelt. Die dritte Schicht des Spulendrahtes
wird in Umfangsrichtung um die zweite Schicht herum in Uhrzeigerrichtung von
dem ersten Ende zur Mitte und in der Gegenuhrzeigerrichtung von
der Mitte zum zweiten Ende gewickelt. Die erste elektrische Heizvorrichtung
ist zwischen den ersten und zweiten Schichten angeordnet, und die
erste Schicht aus elektrischer Isolierung ist getrennt von derjenigen
des Spulendrahtes und ist zwischen den zweiten und dritten Schichten
ange- ordnet. Das Spulenwickelmuster des Schalters zusammen mit
der ersten Schicht der elektrischen Isolierung erzielt ein gewünschtes
Spannungsstandhaltevermögen
für den
Schalter ohne das Erfordernis für schwere
elektrische Isolierung des Spulendrahtes. Die leichtere elektrische
Isolierung, die für
den elektrisch isolierten Spulendraht verwendet wird, stellt keinen
Kompromiß mit
der thermischen Leitfähigkeit des
Schalters und der Löschausbreitung
dar. Es sei darauf hingewiesen, daß der Energieableitwiderstand 341 vorzugsweise
im wesentlichen den gleichen Aufbau hat und im wesentlichen in der
gleichen Art und Weise hergestellt ist, wie der supraleitende Ableitwiderstandsschalter 339,
aber mit einem widerstandsbehafteten Drahtabschnitt und ohne eine
elektrische Heizeinrichtung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Herstellen des supraleitenden Ableitwiderstandsschalters 339 enthält die Schritte,
daß eine
im allgemeinen zylindrische Welle mit einer Mitte erhalten wird,
ein radial verlaufender Stift im allgemeinen an der Mitte an der
Welle befestigt wird, eine Länge von
stabilisiertem elektrisch isoliertem, supraleitenden Spulendraht
mit einem Mittelabschnitt erhalten wird, der im allgemeinen äquidistant
von zwei Referenzpunkten ist, ein erster Abschnitt des Spulendrahtes
um einen ersten drehbaren Versorgungskern gewickelt wird, ein zweiter
Abschnitt des Spulendrahtes um einen zweiten drehbaren Versorgungskern
gewickelt wird und der Mittelabschnitt des Spulendrahtes um den
Stift geschleift wird. Das Verfahren enthält auch den Schritt, daß die Welle
in der einen Richtung gedreht und der Spulendraht so geführt wird,
daß ein erstes
Segment von dem Spulendraht von dem ersten Versorgungskern abgegeben
und um die Welle herum im allgemeinen von der Mitte zum ersten Ende gewickelt
wird, und weiterhin so, daß ein
erster Abschnitt von dem Spulendraht von dem zweiten Versorgungskern
abgegeben und um die Welle herum im allgemeinen von der Mitte zum
zweiten Ende gewickelt wird. Das Verfahren enthält zusätzlich den Schritt, daß die Welle
weiterhin in der einen Richtung gedreht und der Draht so geführt wird,
daß ein
zweites Segment von dem Spulendraht von dem ersten Versorgungskern
abgegeben und um das erste Segment des Spulendrahtes herum im allgemeinen
von dem ersten Ende zur Mitte gewickelt wird, und weiterhin so,
daß ein
zweiter Abschnitt von dem Spulendraht von dem zweiten Versorgungskern
abgegeben und um den ersten Abschnitt von dem gewickelten Spulendraht
im allgemeinen von dem zweiten Ende zur Mitte gewickelt wird. Das
Verfahren enthält
als nächstes
den Schritt, daß der
Spulendraht von dem ersten Versorgungskern und der Spulendraht von dem
zweiten Versorgungskern im allgemeinen an der Mitte gekreuzt wird,
und dann der Schritt vorgesehen ist, daß die Welle weiterhin in der
einen Richtung gedreht und der Spulendraht so geführt wird,
daß ein drittes
Segment von dem Spulendraht von dem ersten Versorgungskern abgegeben
und um den zweiten Abschnitt des gewickelten Spulendrahtes im allgemeinen
von der Mitte zum zweiten Ende gewickelt wird, und weiterhin so,
daß ein
dritter Abschnitt von dem Spulendraht von dem zweiten Versorgungskern abgegeben
und um das zweite Segment des gewickelten Spulendrahtes im allgemeinen
von der Mitte zum ersten Ende gewickelt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung
enthält
zwischen den ersten und zweiten Segment-Abschnitt-Wickelschritten
den Schritt, daß eine
erste elektrische Heizvorrichtung auf dem ersten Segment und dem
ersten Abschnitt von dem gewickelten Spulendraht angeordnet wird und
es enthält
weiterhin zwischen den zweiten und dritten Segment/Abschnitt-Wickelschritten
den Schritt, daß eine
erste Schicht aus elektrischer Isolierung, getrennt von derjenigen
des Spulendrahtes, auf dem zweiten Segment und dem zweiten Abschnitt des
gewickelten Spulendrahtes angeordnet wird. Zusätzliche elektrische Isolierung
kann um den Spulendraht herum an der Kreuzungsstelle hinzugefügt werden.