-
Die
vorliegende Erfindung betrifft MRT-(Magnetresonanztomographie-) oder KMR-
(Kernmagnetresonanz-) Systeme und insbesondere das Halsrohr (Neck-Tube)
solcher Systeme.
-
Die
Erfindung betrifft die Verwendung von Pulsröhrenkühlern (Pulse-Tube-Kühlern) in
solchen Systemen.
-
Koaxiale
Pulsröhrenkühler werden
in einem Artikel mit dem Titel "Development
of a Practical Pulse Tube Refrigerator: Coaxial design and the influence
of viscosity" (Entwicklung
eines praktischen Pulsröhrenkühlers: Koaxiale
Konstruktion und der Einfluss der Viskosität) von R. N. Richardson, erschienen
in Cryogenics, 1988, Bd. 28, August, Seiten 516-520, beschrieben.
In dem Artikel wird festgestellt, dass die konzentrische Pulsröhren-Konstruktion
eine zweckmäßige, kompakte
Konfiguration zur Erzielung hoher Wärmepumpleistungen darstellt.
Anstatt den Regenerator konzentrisch um das Pulsrohr herum anzuordnen,
was die bevorzugte Konfiguration ist, nimmt das Pulsrohr den ringförmigen Raum ein
und umgibt den Wärmetauscher
in der Mitte.
-
In
EP-A-0260036 wird eine Kryostat-Baugruppe beschrieben, die ein Kältesystem
aufweist, das so angeschlossen ist, dass es eine wärmeisolierende
Wand innerhalb der Kryostat-Baugruppe kühlt. Das Kältesystem kann ein Kühler vom
Gifford-McMahon-Typ sein. Es sind flexible wärmeleitende Verbindungen vorgesehen,
durch die das Kältesystem
in der Lage ist, andere Wände
oder Behälter
zu kühlen. Das
Kältesystem
ist vorzugsweise ohne Zerlegung demontierbar.
-
In
Cryogenics 34(1994), Seiten 155-158 wird ein mehrstufiger Pulsröhrenkühler für Anwendungen bei
supraleitenden Magneten offenbart. Der Kühler kann in ein Magnet-Kühlsystem
integriert werden, um Strahlenschutzabschirmungen zu kühlen.
-
In
EP-A-0780698 wird ein KMR-System beschrieben, welches die Merkmale
des Oberbegriffs der Ansprüche
1-3 umfasst und einen Pulsröhrenkühler vom
Reihentyp aufweist, der in einem eigenen Revolverkopf (Drehkopf,
Turret) angeordnet ist. Es wird eine die Schwingungen betreffende
und kältetechnische
Entkopplung zwischen der Kühlvorrichtung
und dem Magnetspulensystem erzielt.
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen koaxialen Pulsröhrenkühler in
den Halsteil eines MRT- oder KMR-Systems einzufügen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein MRT- oder KMR-System bereitgestellt, wie es in
irgendeinem der Ansprüche
1-3 definiert ist.
-
Der
Pulsröhrenkühler kann
eine verbesserte Oberflächenstruktur
aufweisen, bei der es sich entweder um eine natürliche oder um eine künstliche Struktur
handeln kann.
-
Bei
dem Pulsröhrenkühler kann
das Regenerator-Rohr die Form eines Rings haben, welcher konzentrisch
und koaxial mit seinem Pulsrohr ist und sich entweder mit der Innenseite
oder mit der Außenseite derselben
in Kontakt befindet.
-
Das
Regenerator-Rohr oder das Pulsrohr kann auch die Funktion eines
Aufhängungselements erfüllen.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
-
1 einen
Teil eines MRT- oder KMR-Systems zeigt, welches ein Halsrohr (Neck-Tube)
aufweist, in das ein Pulsröhrenkühler eingefügt ist;
-
2 verschiedene
Möglichkeiten
zeigt, wie die Oberfläche
eines Pulsröhrenkühlers verbessert
werden kann;
-
3 einen
Schnitt eines Hals-Pulsröhrenkühlers zeigt,
wobei das Pulsrohr und das Regenerator-Rohr eine ringförmige Gestalt
haben;
-
4 eine
Form eines Hals-Pulsröhrenkühlers zeigt,
die sich von der in 3 dargestellten unterscheidet;
-
5 einen
Schnitt eines Hals-Pulsröhrenkühlers zeigt,
wobei das Pulsrohr und das Regenerator-Rohr getrennt sind;
-
6 einen
Schnitt eines Hals-Pulsröhrenkühlers zeigt,
wobei das Pulsrohr und das Regenerator-Rohr von kreisförmiger Gestalt
sind und einen Teil eines Halsrohres einnehmen; und
-
7 einen
Schnitt eines dreistufigen Hals-Pulsröhrenkühler-Verflüssigers
zeigt.
-
Es
wird auf 1 Bezug genommen; sie zeigt
einen Teil eines MRT- oder KMR-Systems, wobei eine Magnetstruktur 2 in
ein Bad aus flüssigem Helium 4 eingetaucht
ist. Aus dem Bad 4 heraus erstreckt sich ein Halsrohr (Neck-Tube) 6,
in das ein koaxialer Pulsröhrenkühler 8 eingeführt ist.
Das Halsrohr ist mit Kontakten 10 versehen, an welche die Wärmeschilde
angeschlossen werden. Der Pulsröhrenkühler 8 kann
ein einstufiger oder ein mehrstufiger Pulsröhrenkühler sein, welcher auch dazu
dient, die Wärmeschilde
zu kühlen.
Das Halsrohr kann außerdem
einen Baffle-Einsatz (Prall-Einsatz) 12 enthalten,
um "Funneling" (Trichter-Effekt)
zu verhindern, und kann aus irgendeinem der folgenden Werkstoffe hergestellt
sein: Stahl, Titanlegierung oder Epoxidharz.
-
In
der oben erwähnten
Arbeit werden typische Anordnungen der verschiedenen Pulsröhren-Konstruktionen
erörtert.
Der Pulsröhrenkühler weist
eine kreisförmige
Konstruktion mit einem ringförmigen
Pulsrohr oder einem ringförmigen
Regenerator-Rohr auf und ist für
das Einsetzen in eine ringförmige Öffnung eines
Kryostats geeigneten.
-
Eine
kreisförmige Öffnung wäre zum Beispiel das
Halsrohr 6 eines Kryostats selbst, welches für den Zugang
zu verschiedenen Teilen des Magneten oder für den Zugang zu den Flüssigkeiten
oder für Zwecke
des Füllens
oder Entleerens verwendet wird. Einige MRT-Systeme mit geringem Gewicht oder MRT-Systeme
der nächsten
Generation ermöglichen,
dass das System vollständig
am Kryostat-Hals oder an irgendeiner anderen Öffnung aufgehängt wird.
Der Hals oder die besagte Öffnung
muss von einer recht starren Konstruktion sein, was die Gesamt-Wärmezufuhr
des Helium- oder Stickstoffbehälters
oder der Strahlenschutzabschirmung vergrößern würde. Falls das Halsrohr nicht
aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, wird die
Wärmezufuhr
erhöht,
was ein stärkeres
Auskochen und kürzere
Haltezeiten des Kryostats zur Folge hat. Aus diesem Grunde sind
die Halsrohre in Speichertanks für
flüssigen
Stickstoff oder flüssiges Helium
aus Rohren aus mehrkomponentigem Epoxidharzmaterial hergestellt.
-
Eine
andere, bei MRT- und KMR-Systemen sehr oft genutzte Möglichkeit,
die durch das Halsrohr aus nicht rostendem Stahl verursachte Wärmeableitung
in den Kryostat zu verringern, besteht darin, das Halsrohr entweder
durch entweichendes Heliumgas zu kühlen, welches sich in gutem
Kontakt mit der Rohrwand befindet, oder durch andere äußere Mittel, z.
B. durch Verwendung so genannter Abschirmungskühler, wobei der Hals mit Hilfe
von Verbindungselementen aus Kupfer zusätzlich mit den Strahlenschutzabschirmungen
verbunden ist, wie aus der Europäischen
Patentschrift 0260036 bekannt ist.
-
Die
vorliegende Erfindung kombiniert die zwei Funktionen eines Kryokühlers, nämlich die
Aufhängung
der Strahlenschutzabschirmungen in einem Kryostat und ihre Kühlung.
-
Falls
eine Aufhängung
der Masse am Halsrohr aufgrund der Konstruktion nicht realisierbar
ist, ist dieses Rohr nur dazu bestimmt, als ein integrierter, unsichtbarer
Abschirmungskühler
zu wirken.
-
Die
vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile, wenn ein Pulsrohr
als ein ringförmiges Halsrohr-System
konstruiert wird. Zum Beispiel sind einige Typen von Pulsröhren aufgrund
des Vorhandenseins von Konvektionsströmen und verschiedenen Thermoeffekten
noch von der Orientierung abhängig,
was außerdem
bedeutet, dass ein vertikaler oder leicht schräger Winkel, der höchstwahrscheinlich
kleiner als 30° ist,
bei den meisten derzeitigen Pulsröhrenkühlern die optimale Betriebsposition
wäre. Die
vorliegende Erfindung kann in demselben Bereich von Winkeln eingesetzt
werden. Ein weiterer Vorteil der Konstruktion besteht darin, dass
der Halsrohr-Pulsröhrenkühler auf
eine sehr kompakte Weise konstruiert werden könnte, und dass die zusätzlichen Mängel eines
Kühlers
vom GM-Typ, z. B. dass eine zusätzliche
Hülse zur
indirekten Kopplung des Kryokühlers
mit den Strahlenschutzabschirmungen eingesetzt werden muss, vermieden
werden können.
-
Die
Notwendigkeit einer Kopplung mittels einer Hülse ergibt sich aus der Tatsache,
dass der GM-Kühler
in bestimmten Intervallen gewartet werden muss, und außerdem aus
der Tatsache, dass Schwingungen in das System eingeleitet werden, welche
eine indirekte Kopplung an der Strahlenschutzabschirmung mit Hilfe
von Kupfergeflechten erfordern. Der mittlere Durchmesser eines solchen offenen
Fensters vom äußeren Vakuumgehäuse hinunter
zur Strahlenschutzabschirmung oder hinunter zum Heliumbehälter beträgt ungefähr 150 bis
200 mm und trägt
somit ebenfalls zu einem verstärkten Auskochen
bei.
-
Im
Halsrohr-Pulsröhrenkühler ist
jedoch das "Heat-Stationing" (etwa: Wärme-Dislokation)
ein ganz einfacher Prozess. Außerdem
wird die Position des Halses, welcher sich normalerweise im Mittelpunkt
oder in der Nähe
des Mittelpunkts des Kryostats befindet, als die effizienteste Position
im Hinblick auf die Gesamt-Temperaturverteilung
um die Abschirmungen herum betrachtet. Der Halsrohr-Pulsröhrenkühler ermöglicht es,
eine kompakte Konstruktion zu erreichen, da der Durchmesser eines
typischen Halsohres nur ca. 60 bis 120 mm beträgt und der Ring, der das Pulsrohr
umfasst, normalerweise ein Maß von
5 bis 10 mm hat; außerdem
könnte
ein zweiter Ring von annähernd
derselben Größe eingeführt werden,
welcher den Regenerator enthalten könnte. Hierdurch wird auch eine
einfache Möglichkeit
geschaffen, einen Wärmekontakt
zu den Abschirmungen herzustellen, wobei die Abschirmungen auf den
Temperatursicherungen ruhen könnten.
Ein direktes Verbindungselement zum Aufhängen der Strahlenschutzabschirmungen
und/oder eines Magneten und der Abschirmungen war bis jetzt aufgrund der
Schwingungen, die durch Kühler
mit Kolbenantrieb hervorgerufen werden, nicht realisierbar.
-
Das
Fehlen von sich bewegenden Teilen in einem Kryokühler ermöglicht es, dass sich die Konstruktion
radikal von früheren
unterscheidet. Durch die Möglichkeit,
Kühler
dieses Typs direkt an die umgebende Struktur des Kryostats zu koppeln,
werden die Schwingungen des Systems auf ein Minimum reduziert, was
bei Systemen mit Kolbenantrieb nicht der Fall ist, wo Artefakte
auftreten würden,
wenn die MRT- oder KMR-Messung durchgeführt wird.
-
Infolge
des Fehlens dieser sich bewegenden Teile, abgesehen von der sich
im Rohr nach unten fortpflanzenden Druckwelle, ist das Niveau der
hervorgerufenen Schwingungen, die auf die innere Struktur des Kryostats übertragen
werden, um mehrere Größenordnungen
niedriger als bei Kühlern
mit Kolbenantrieb. Somit ist es möglich, von dem gesamten Spektrum
der Möglichkeiten
einer direkten Berührung
oder Kopplung der Strahlenschutzabschirmungen mit einem Kühler Gebrauch
zu machen, wie etwa Löten,
Verbolzen, Anschrauben, Klemmen, Kleben, Schweißen, Gleiten, Pressen, oder
mittels Schrumpfverbindung oder Federbelastung, oder auf mechanischem
Wege unter Verwendung eines hebelbetätigten Systems der Kontaktherstellung.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es daher möglich, das
Hals-Pulsrohr auf effiziente Weise als Aufhängungssystem zu verwenden.
-
Außerdem könnte das
kalte Ende solcher Pulsröhrenkühler unter
Verwendung eines Materials mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten
konstruiert werden, um Schrumpfungseffekte auszugleichen.
-
Ferner
könnten
die Außen-
und die Innenseite des Halsrohr-Pulsröhrenkühlers mit
einer Wärmeisolierung
versehen und verstärkt
sein, um zu ermöglichen,
dass das Halsrohr die Last sowohl des Magneten als auch der Abschirmungen
trägt.
Wenn man dies realisiert, besteht natürlich auch keine Notwendigkeit
mehr, über
einen zweiten oder dritten Revolverkopf zu verfügen, der in einem äußeren Vakuumbehälter enthalten
ist, was wiederum auch den Betrieb des Kryostats am Standort des
Kunden erleichtert und aufgrund des Nichtvorhandenseins von Wärmefenstern,
welche bei der vorliegenden Erfindung vollständig geschlossen sind, das
Auskochen verringert. Vorzugsweise könnten die Kontaktstufen (z.
B. Länge
ungefähr
20 mm) beim Verstärken
ausgespart werden. In diesem Falle dürfte an dieser Stelle eine ausreichende
Fläche
für die
Wärmeübertragung
zur Verfügung
gestellt werden, so dass ermöglicht
wird, dass das zur Kühlung
verwendete Helium oder irgendein anderes Gas mit den thermischen
Verbindungselementen des Halsrohr-Kühlers Wärme austauscht, was wiederum
die Leistung verringern würde,
die der Pulsröhrenkühler benötigt, um
die Strahlenschutzabschirmungen zu kühlen.
-
Es
versteht sich von selbst, dass bei einem zweifachen Halsrohr-Pulsröhrenkühler vom
ringförmigen
Typ die äußere Umfangswand
des Pulsröhrenkühlers eine
verstärkte
oder erhöhte
Wanddicke aufweisen könnte,
um die Lasten der Abschirmungen und des Magneten zu tragen, während die
innere Rohrwand eine dünnwandige
Konstruktion aufweisen könnte.
Eine andere Herangehensweise an das Problem würde darin bestehen, das innere
ringförmige
Rohr des Pulsrohrs steifer auszuführen, da dieses Rohr bereits
dem auf das Rohr einwirkenden äußeren Druck
standhalten muss; das Rohr könnte
dann, wenn es mit ausreichender Steifigkeit konstruiert ist, die
oben erwähnten
Kryostat-Lasten und sämtliche zusätzlich auf
den Kryostat einwirkenden Lasten aufnehmen, wie zum Beispiel die
verschiedenen von der Art des Transports abhängenden Lasten, oder Beanspruchungen,
die während
der Abkühlung
und Einschaltung des Magneten oder bei seismischer Erregung oder
bei der dauerhaften Fixierung der Position der Strahlenschutzabschirmungen
einwirken, sowie andere vorübergehende
thermische Beanspruchungen. Außerdem
muss die Wanddicke für
beide Ringe berücksichtigt
werden, um eine optimale Kühlleistung an
den Pulsröhren-Stufen
zu erzielen.
-
Es
könnte
ein robustes und steifes Halsrohr vorgesehen werden, so dass Innendrücke von
normalerweise mehr als 20 bar aufrechterhalten werden könnten, und
dies könnte
erreicht werden, indem das Rohr 8 wie in 2 dargestellt
verstärkt
wird. Die Verstärkung
könnte
mit Hilfe von Rippen oder radialen Aussteifungen 14 erreicht
werden, die ein weiteres Rohr 16 abstützen, welches das Regenerator-Rohr 22 umgibt
und welches entlang der vertikalen oder horizontalen Achse ausgerichtet
sein kann. Das Rohr könnte
auch durch einen äußeren Überzug 20 aus
einem mehrkomponentigen Epoxidharzmaterial oder von anderer Art
verstärkt
sein.
-
Ein
weiterer Vorteil dieses Typs der Geometrie des Pulsrohres besteht
darin, dass er es nach wie vor gestattet, die Öffnung zu benutzen und freien
Zugang zum Kryostat zu haben. Folglich bietet er sämtliche
Vorteile, die ein Hals im Allgemeinen bietet, wie etwa eine freie Öffnung im
Falle einer Löschung (Quench),
wobei das Halsrohr als ein Löschgas-Auslass
wirkt und folglich am zweckmäßigsten
auch mit einer Platzscheibe ausgerüstet sein könnte, wobei er ferner ermöglicht,
Zugang zum Magneten zum Einführen
von Stromzuleitungen und Saughebern zu haben oder erlangen zu können, und
wobei er gleichzeitig mittels "Heat-Stationing" die Wärmezufuhr
des Halsrohres und seiner inneren und äußeren Anbauteile, z. B. Diagnosevorrichtungen
u. a., verringert. Der andere Vorteil besteht darin, dass diese Öffnung nach
wie vor verwendet werden könnte,
um eine Baffle-Struktur (Prall-System) zum Verhindern des so genannten "Funnelings" (Trichter-Effekt)
von der Oberseite des Revolverkopfes aus einzusetzen. Diese Baffle-Struktur
könnte
auch auf eine solche Weise verwendet werden, dass die Baffles (Prallplatten) vorzugsweise
mit den Stufen des Hals-Pulsrohrs in Kontakt gebracht werden, um
die Wärmezufuhr
vom warmen Ende her in das System zu minimieren. Wie weiter oben
bereits erwähnt
wurde, bietet diese typische Anordnung auch die Möglichkeit,
ein "Heat-Stationing" verschiedener Diagnoserohre
oder dauerhaft befestigter Rohre, wie etwa von Stromzuleitungen usw.,
zu realisieren.
-
Die äußeren Umfangsflächen des
Pulsrohrs sind am Prozess der Wärmeübertragung
nicht beteiligt und würden
daher den Oberflächen-Wärmepumpeneffekt nicht störend beeinflussen.
-
Es
müssen
jedoch Vorkehrungen zur Optimierung der ringförmigen Geometrie getroffen
werden, um den aus der ringförmigen
Konstruktion des Pulsrohrs resultierenden Druckabfall zu verringern, da
dieser Druckabfall größer als
bei kreisförmigen Rohren
ist.
-
Der
Wärmepumpeneffekt
kann bei einem Pulsrohr vom ringförmigen Typ auf eine andere
Weise auftreten, was auf die nunmehr vergrößerte Oberfläche zurückzuführen ist,
welche natürlich
größer ist als
bei einer einfachen kreisförmigen
Pulsröhre.
Im Gegensatz zu Kryokühlern
mit Kolbenantrieb bietet ein Pulsrohr einen größeren Freiheitsgrad bei der Konstruktion;
dies betrifft nicht nur das Pulsrohr selbst, sondern auch das Regenerator-Rohr.
Zum Beispiel könnte
eine geätzte
Regenerator-Konstruktion leicht in einen Pulsröhrenkühler vom ringförmigen Typ
eingesetzt werden, ebenso wie die normalerweise verwendeten Bleikugeln
mit einem typischen Durchmesserbereich von 0,2 bis 0,5 mm.
-
Ferner
könnte
die Oberfläche
des Impulsrohrs selbst verändert
werden, um die Wärmeübertragung
auf den umgebenden, pulsierenden Gasstrom zu verbessern oder zu
optimieren.
-
Auch
der Reibungskoeffizient der Pulsröhrenwand könnte so angepasst werden, dass
die Wärmeübertragung
und der Druckabfall optimiert werden. Dies könnte erreicht werden, indem
Oberflächen-Auskleidungen eingeführt werden,
welche die Oberflächenrauheit
je nach Bedarf erhöhen
oder verringern.
-
Um
unterschiedliche Wärme übertragende Oberflächen auszugleichen,
könnte
die Oberfläche, welche
schlechtere Wärmeübertragungseigenschaften
aufweist, verbessert werden, indem eine künstliche Oberflächenrauheit
aufgebracht wird, oder durch Sandstrahlen oder durch irgendwelche
anderen Mittel, die im Allgemeinen zur Verbesserung der Wärmeübertragung
anwendbar sind und mit im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
enthalten sind, verbessert werden.
-
Außerdem könnte die
Anordnung des Pulsrohrs und des Regenerator-Rohrs so gestaltet werden,
dass sich der Regenerator im inneren Ring befindet und das Pulsrohr
den äußeren Ring
der Rohranordnung einnimmt, wie in 1 dargestellt
ist. Die beiden Ringe könnten
sich entweder in direktem Kontakt miteinander befinden oder, wenn
nötig,
mittels eines Wärmeisolators
(z. B. Epoxid- oder Nylon-Auskleidung) thermisch isoliert sein.
Das Regenerator-Rohr kann so konstruiert sein, dass ein äußerer Druck,
der auf das innere Pulsrohr ausgeübt wird, von dem Regenerator-Rohr
aufgenommen wird. Dieses Rohr könnte
auch steifer konstruiert sein und verwendet werden, um entweder
Abschirmungs-Lasten und/oder das Magnetsystem aufzunehmen, wie in 2 dargestellt
ist. In Abhängigkeit
vom Material des Regenerators kann der Regenerator so konstruiert
sein, dass er zusätzliche
radiale Lasten aufnehmen kann. Wenn nötig kann die Außenseite
des inneren Rohrs ebenfalls durch Rippen oder andere Verstärkungsmethoden
verstärkt
werden, und dasselbe gilt für
die Innenseite des Regenerator-Rohrs, vorausgesetzt, dass der Gasstrom
dadurch nicht zu stark gedrosselt wird.
-
Das
Halsrohr könnte
auch so gestaltet werden, dass nur ein Teil des Halsrohres, z. B.
ein Abschnitt des Rings, für
die Kühlerkonstruktion
verwendet wird.
-
In
Fällen,
in denen das Halsrohr mit einem Faltenbalg am Kalten Ende ausgestattet
werden muss, könnten
die Strahlenschutzabschirmungen nach wie vor am Halsrohr befestigt
werden.
-
Ferner
ermöglicht
die Geometrie des Hals-Pulsrohrs eine direkte thermische Kopplung, um
Wärme von
dauerhaft installierten Rohren wie etwa befestigten oder zeitweilig
befestigten Stromzuleitungen abzuführen, welche andernfalls zu
einem verstärkten
Auskochen aus dem Heliumbehälter
beitragen würden.
Dies ist von größter Wichtigkeit,
da dasselbe zuvor in Bezug auf Systeme mit Kolbenantrieb und direkter
Kupplung galt.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auf mehrstufige Pulsröhrenkühler ausgedehnt werden, bei
denen ein solches System am zweckmäßigsten für die Verflüssigung verwendet würde. Während alle
anderen Oberflächen
verschlossen werden, steht im Falle einer Löschung oder zur Druckentlastung
des Kryostats oder Beaufschlagung desselben mit Druck nach wie vor
eine Öffnung
zur Verfügung.
-
Das
Pulsrohr könnte
entweder eine einstufige oder eine zweistufige Konstruktion vom
ringförmigen
Typ aufweisen, wobei eine "dritte" Stufe ein kreisförmiges Rohr
umfasst, welches ebenfalls teilweise die Magnetlast trägt.
-
Falls
ein dreistufiges Pulsrohr verwendet wird, würde dieses Rohr außerdem zum
Zwecke der Verflüssigung
an einen handelsüblichen
Wärmeaustauscher
angeschlossen.
-
Neben
der Anwendung bei MRT- und damit zusammenhängenden Systemen ist das Prinzip
auch bei KMR-Systemen anwendbar.
-
In
diesem Falle wird der Halsrohr-Pulsröhrenkühler so konstruiert, dass die
Anzahl der Hälse, die
zum Aufhängen
der gesamten, die Lasten infolge des Gewichts der Abschirmungen
sowie die Magnetlasten umfassenden Kryostat-Konstruktion verwendet
werden sollen, auf ein Minimum reduziert werden kann.
-
Dies
würde das
Auskochen drastisch verringern; wie von den derzeitigen KMR-Systemen
her bekannt ist, hängt
das Auskochen zu einem großen Teil
von der Gesamt-Wärmeverteilung
der Halsgeometrie ab, welche eine Temperaturerhöhung in den Strahlenschutzabschirmungen
verursacht und somit indirekt zum Gesamtumfang des Auskochens des Heliums
beiträgt.
-
Somit
ist auch in diesem Falle der halsartige Pulsröhrenkühler tatsächlich ein unsichtbarer, wesentlicher
Bestandteil des Kryostats insgesamt.
-
Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind folgende:
Ein vertikaler
oder leicht schräger
Winkel ist bei den meisten derzeitigen Pulsröhren die optimale Betriebsposition.
-
Die
Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit,
einen thermischen Kontakt mit Abschirmungen herzustellen, wobei
die Abschirmungen auf den thermischen Verbindungselementen ruhen
könnten
(oder an diese angeschraubt werden könnten).
-
Äußere und
innere Oberflächen
des Pulsröhrenkühlers könnten thermisch
isoliert werden und wären
somit nicht am Prozess der Wärmeübertragung
beteiligt, und sie würden
daher den Wärmepumpeneffekt
nicht behindern.
-
Die
verringerte Wanddicke, z. B. aufgrund einer äußeren Verstärkung, könnte die Wärmezufuhr infolge der Wärmeleitung
am Hals nach unten beträchtlich
verringern: Der Hals kühlt
von selbst ab.
-
Die
erste und die zweite Stufe würden
an ihren Kontaktstellen Wärme
austauschen, was bedeutet, dass die Enthalpie der Kühlung des
Heliumgases helfen könnte,
die benötigte
Leistung des Pulsröhrenkühlers zu
verringern.
-
Der
Pulsröhrenkühler kann
steif sein, wodurch er in der Lage ist, Abschirmungsgewichte und Magnetlasten
zu tragen.
-
Er
bietet sämtliche
Vorteile, die ein Halsrohr bietet, z. B. eine freie Öffnung im
Falle einer Löschung,
Zugang für
Stromzuleitungen und Saugheber, und er weist gleichzeitig eine verringerte
Fensterfläche,
die darauf zurückzuführen ist,
dass nur ein Revolverkopf im Kryostat erforderlich ist, sowie eine verringerte
Wärmeleitung
auf.
-
Er
ist der optimale Punkt oder die optimale Position für die thermische
Verbindung.
-
Der
Ring könnte,
wenn nötig,
von der Oberseite her geöffnet
werden, um das Regenerator-Material auszuwechseln, obwohl normalerweise
keine Wartung erforderlich ist.
-
Die
eingebaute fixierte Konstruktion ist für den Kunden und für den Patienten
unsichtbar.
-
In
der nachfolgenden Beschreibung wurden gleiche Teile in den 3 bis 7 durchgehend mit
denselben Bezugszahlen versehen.
-
Es
wird auf 3 Bezug genommen; sie zeigt
einen Querschnitt eines Hals-Pulsröhrenkühlers, wobei das Pulsrohr 30 und
das Regenerator-Rohr 32 von ringförmiger Gestalt sind und das Regenerator-Rohr
das Pulsrohr umgibt.
-
Die
Anordnung umfasst eine erste Kühlstufe 34 und
eine zweite Kühlstufe 36,
die Bleikugeln enthält,
den Heliumbehälter 38 und
den Magnet 40. Durch Verdampfung gebildetes Heliumgas strömt in Richtung
des Pfeils A. Am Punkt 42 sind befestigte Stromzuleitungen
oder Diagnoserohre thermisch mit dem Hals des Kühlers verbunden. Es ist ein
Baffle-System (Prallplatten-System) 44 vorgesehen, das mit
dem Kühler
und mit Wärmeaustauschern 46 thermisch
verbunden ist.
-
4 zeigt
eine Anordnung, die von der von 3 verschieden
ist und bei der das Regenerator-Rohr 32 von dem Pulsrohr 30 umgeben
ist. Wahlweise kann ein Baffle-System zwischen der zweiten Stufe 36 und
dem Heliumbehälter 38 vorgesehen
sein. Eine Wärmeisolierung
ist im Punkt 50 vorgesehen. Das Regenerator-Rohr 32 kann
Gewebe aus nicht rostendem Stahl mit Bleikugeln 32a in der
zweiten Kühlstufe
enthalten. Es sind die Verbindungen zu einem äußeren Ventilkasten S dargestellt.
-
5 zeigt
einen Schnitt eines Hals-Pulsröhrenkühlers, wobei
das Pulsrohr 30 und die Regenerator-Röhren 32 physisch voneinander
getrennt angeordnet sind.
-
6 zeigt
einen Schnitt eines Pulsröhrenkühlers, wobei
die Pulsröhren 30 und
die Regenerator-Röhren 32 von
kreisförmiger
Gestalt sind und einen Teil oder Abschnitt des Halsrohres 52 einnehmen.
-
7 zeigt
einen Schnitt eines dreistufigen Hals-Pulsröhrenkühlers, wobei die Pulsröhren 30 und
die Regenerator-Röhren 32 einen
Teil oder Abschnitt des Halsrohres 52 einnehmen.
-
Bei
dieser Anordnung ist eine dritte Kühlstufe 54 vorgesehen,
die einen ersten und einen zweiten Abschnitt 56, 58 aufweist, welche
normalerweise seltene Erden enthalten, z. B. Er3Ni bzw. Nd.
-
Für Fachleute
ist leicht einzusehen, dass verschiedene Änderungen möglich sind, welche in den Schutzbereich
der nachfolgenden Ansprüche
fallen. Zum Beispiel könnte
das Pulsrohr oder das Regenerator-Rohr als ein Aufhängungsmittel
wirken.