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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen offenen supraleitenden
Magneten zum Erzeugen eines einheitlichen Magnetfeldes und insbesondere
einen Magneten mit einer Abschirmung zum Schutz des Bereiches um
den Magneten vor magnetischen Streufeldern, die vom Magneten ausgehen.
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Supraleitende
Magnete umfassen jene supraleitenden Magnete, die Teil eines Kernresonanztomographiesystems
sind, das in verschiedenen Anwendungen, beispielsweise in der medizinischen
Diagnose, verwendet wird. Bekannte supraleitende Magnete umfassen
mit flüssigem
Helium gekühlte und
mit Kryoflüssigkeit
gekühlte
supraleitende Magnete. Üblicherweise
umfasst die supraleitende Spulenanordnung eine von einer ersten
thermischen Abschirmung umgebene supraleitende Hauptspule, wobei
die thermische Abschirmung von einer Vakuumumschließung umgeben
ist. Ein mit Kryoflüssigkeit
gekühlter
Magnet umfasst vorzugsweise auch einen Kryokühler-Kältekopf, der außen an der
Vakuumumschließung
montiert ist und dessen erste Kältestufe
in thermischem Kontakt mit der thermischen Abschirmung und dessen
zweite Kältestufe
in thermischem Kontakt mit der supraleitenden Hauptspule steht.
Ein mit flüssigem
Helium gekühlter
Magnet umfasst vorzugsweise auch einen Behälter für das flüssige Helium, der die supraleitende
Hauptspule umgibt, und eine zweite thermische Abschirmung, welche
die den Behälter
für das
flüssige
Helium umgebende erste thermische Abschirmung umgibt.
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Bekannte
supraleitende Magnetkonstruktionen umfassen geschlossene und offene
Magnete. Geschlossene Magnete umfassen üblicherweise eine einzelne,
rohrförmige,
supraleitende, einen Durchmesser aufweisende Spulenanordnung. Die supraleitende
Spulenanordnung umfasst mehrere radial und in Längsrichtung zueinander beabstandet angeordnete
supraleitende Hauptspulen, die jeweils einen großen, identischen, elektrischen
Strom in gleicher Richtung übertragen.
Die sup raleitenden Hauptspulen sind derart ausgebildet, dass sie
ein höchst
gleichmäßiges magnetisches
Feld innerhalb eines typisch kugelförmigen Abbildungsvolumens erzeugen,
das auf den Mittelpunkt des Durchmessers des Magneten ausgerichtet
ist, in dem das abzubildende Objekt platziert wird. Eine einzelne,
rohrförmige,
supraleitende Abschirmanordnung kann auch verwendet werden, um zu
verhindern, dass das durch die Hauptspulen erzeugte hochmagnetische Feld,
das die Hauptspulen umgibt, und die elektronische Ausrüstung in
der Nähe
des Magneten sich gegenseitig nachteilig beeinflussen. Eine solche
Abschirmanordnung umfasst mehrere radial und in Längsrichtung
zueinander beabstandet angeordnete supraleitende Abschirmspulen,
die elektrische Ströme
von im allgemeinen gleicher Stromstärke in einer zur Richtung der
in den Hauptspulen übertragenen Ströme entgegengesetzten
Richtung übertragen,
wobei die Abschirmspulen radial um die Hauptspulen angeordnet sind.
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Offene
Magnete, die C-förmige
Magnete umfassen, verwenden üblicherweise
zwei zueinander beabstandet angeordnete supraleitende Spulenanordnungen,
wobei der zwischen den Spulenanordnungen liegende Raum das Abbildungsvolumen
umfasst und den Zutritt für
behandelndes medizinisches Personal oder für andere medizinische Abläufe während der
magnetischen Resonanztomographie (siehe bspw. US-A-5565831) ermöglicht.
Der Patient kann in dem Raum oder auch in dem Durchmesser der ringförmigen Spulenanordnungen
platziert werden. Der offene Raum hilft dem Patienten jegliche Zustände von
Klaustrophobie zu überwinden,
die in einer geschlossenen Magnetkonstruktion erlebt werden können. Bekannte
offene und abgeschirmte supraleitende Magnetkonstruktionen umfassen
jene Konstruktionen, bei denen jede supraleitende Spulenanordnung
einen offenen Durchmesser und eine supraleitende Abschirmspule aufweist,
die in Längsrichtung
außen
und radial um die supraleitende(n) Hauptspule(n) angeordnet ist
(sind). Eine große Menge
eines teuren Supraleiters wird in der Hauptspule benötigt, um
die das magnetische Feld schmälernden
Effekte der Abschirmspule zu überwinden.
Rechnungen zeigen, dass für
einen 0,75 Tesla-Magneten im allgemeinen 2.300 Pfund eines Supraleiters
benötigt
werden, die einen teuren und im allgemeinen 12.000 Pfund wiegenden
Magneten ergeben. Dieses bescheidene Gewicht macht hieraus eine
realisierbare Magnetkonstruktion.
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Es
ist auch bekannt in offenen Magnetkonstruktionen ein Eisenpolstück in dem
Durchmesser einer supraleitenden Spulenanordnung zu platzieren, der
es an einer supraleitenden Abschirmspule fehlt (siehe bspw. US-A-5250901).
Das Eisenpolstück
erhöht
die Stärke
des Magnetfeldes und verbessert die Homogenität desselben durch Formung der
Oberfläche
des Eisenpolstücks.
Eine Eisenrückleitung
wird verwendet, um die zwei Eisenpolstücke zu verbinden. Es sei bemerkt,
dass das Eisenpolstück
ebenfalls den Magneten abschirmt. Jedoch wird eine große Menge
Eisen in dem Eisenpolstück
benötigt,
um die Abschirmung in starken Magneten zu erreichen. Rechnungen
zeigen, dass für
einen 0,75 Tesla-Magneten im allgemeinen lediglich 200 Pfund eines
Supraleiters benötigt
werden, die einen über
70.000 Pfund wiegenden Magneten ergeben, der zu schwer ist, um in
medizinischen Einrichtungen, bspw. einem Krankenhaus, verwendet
zu werden. Dieses Gewicht macht hieraus eine nicht realisierbare
Magnetkonstruktion.
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Es
wird eine offene und abgeschirmte supraleitende Magnetkonstruktion
benötigt,
die leicht genug ist, um in medizinischen Einrichtungen verwendet
zu werden und die gegenüber
bekannten Konstruktionen kostengünstiger
ist.
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Der
erfindungsgemäße offene
supraleitende Magnet umfasst eine erste Anordnung und eine zweite
Anordnung. Die erste Anordnung umfasst ein magnetisierbares und
im allgemeinen ringförmiges
erstes Polstück,
einen magnetisierbaren ersten Ring, eine im allgemeinen ringförmige erste
supraleitende Hauptspule und eine im allgemeinen ringförmige erste
supraleitende Abschirmspule. Das erste Polstück umfasst eine erste Längsachse.
Der erste Ring ist im allgemeinen koaxial zu der ersten Achse ausgerichtet,
in radialer Richtung um das erste Polstück und beabstandet zu diesem
angeordnet und überlappt das
erste Polstück
in Längsrichtung
zumindest teilweise. Die erste supraleitende Hauptspule ist im allgemeinen
koaxial zu der ersten Achse ausgerichtet, in radialer Richtung zwischen
dem ersten Polstück und
dem ersten Ring und beabstandet zu denselben angeordnet und überträgt einen
ersten elektrischen Hauptstrom in einer ersten Richtung. Die erste
supraleitende Abschirmspule ist im allgemeinen koaxial zur ersten
Achse ausgerichtet, in radialer Richtung um die erste supraleitende
Hauptspule und beabstandet zu dieser angeordnet, in Längsrichtung
außen
und beabstandet zum äußeren Ende
des ersten Rings angeordnet und überträgt einen
ersten elektrischen Abschirmstrom in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten
Richtung.
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Die
zweite Anordnung umfasst ein magnetisierbares und im allgemeinen
zylinderförmiges
zweites Polstück,
einen magnetisierbaren zweiten Ring, eine im allgemeinen ringförmige zweite
supraleitende Hauptspule und eine im allgemeinen ringförmige zweite
supraleitende Abschirmspule. Das zweite Polstück ist in Längsrichtung zum ersten Polstück beabstandet
angeordnet und weist keinen magnetisierbaren festen Pfad zu diesem
auf. Das zweite Polstück umfasst
eine zweite Längsachse,
die im allgemeinen koaxial zur ersten Längsachse ausgerichtet ist.
Der zweite Ring ist im allgemeinen koaxial zur zweiten Längsachse
ausgerichtet, in radialer Richtung um das zweite Polstück und beabstandet
zu diesem angeordnet und überlappt
das zweite Polstück
in Längsrichtung
zumindest teilweise. Die zweite supraleitende Hauptspule ist im
allgemeinen koaxial zur zweiten Längsachse ausgerichtet, in radialer
Richtung zwischen dem zweiten Polstück und dem zweiten Ring und
beabstandet zu denselben angeordnet und überträgt einen zweiten elektrischen
Hauptstrom in der vorangehend erwähnten ersten Richtung. Die zweite
supraleitende Abschirmspule ist im allgemeinen koaxial zur zweiten
Längsachse
ausgerichtet, in radialer Richtung um die zweite supraleitende Hauptspule
und beabstandet zu dieser angeordnet, in Längsrichtung außen und
beabstandet zum äußeren Endes
des zweiten Rings angeordnet und überträgt einen zweiten elektrischen
Abschirmstrom in der vorangehend erwähnten entgegengesetzten Richtung.
In einer beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung bestehen die Ringe und die Polstücke im Wesentlichen aus Eisen.
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Der
erfindungsgemäße Magnet
hat mehrere Vorteile. Das Polstück
und der Ring erhöhen
die Stärke
des Magnetfeldes, so dass weniger vom Supraleiter in der Hauptspule
benötigt
wird. Der Eisenring stellt einen partiellen magnetischen Rückfluss
für die Hauptspule
bereit, durch den die im Polstück
benötigte
Menge Eisen und die in der Hauptspule benötigte Menge Supraleiter reduziert
wird. Der Eisenring entkoppelt auch die Abschirmspule magnetisch
von der Hauptspule, so dass die magnetischen Flusslinien der Abschirmspule
vom Eisenring eingefangen werden und die magnetischen Flusslinien
der Hauptspule nicht erreichen. Folglich muss die Eisenmasse des Polstücks und
die Menge des Supraleiters in der Hauptspule nicht erhöht werden,
um die das Feld schmälernden
Effekte der magnetischen Flusslinien der Abschirmspule auszugleichen,
zumal diese durch den Eisenring abgeschirmt werden. Computersimulationen
zeigen, dass ein erfindungsgemäßer 0,75
Tesla-Magnet im allgemeinen 500 Pfund des Supraleiters benötigen würde, die
einen im allgemeinen 15.000 Pfund wiegenden Magneten ergeben (der
leicht genug ist, um in einer medizinischen Einrichtung verbaut
zu werden), der lediglich halb so viel kostet wie ein entsprechend
realisierbarer konventioneller Magnet kosten würde.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren eingehend erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Frontansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen offenen
supraleitenden Magneten,
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2 eine
schematische Draufsicht des Magneten in 1,
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3 eine
Querschnittsansicht des in den 1 und 2 abgebildeten
Magneten entlang der Schnittlinien 3-3 in der 2 einschließlich eines Kryokühler-Kältekopfes
und
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4 eine
Querschnittsansicht, wie in 3, eines
Teils einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magneten,
der die Anordnung der Polstücke,
Ringe und supraleitenden Haupt- und Abschirmspulen zeigt.
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Bezugnehmend
auf die Figuren werden die gleichen Elemente durchweg mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet. Die 1 bis 3 zeigen
eine erste bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen, offenen,
supraleitenden Magneten 110. Vorzugsweise ist der Magnet 110 ein
0,5 Tesla oder stärkerer
Magnet. Der Magnet 110 umfasst eine erste Anordnung 112.
Die erste Anordnung 112 umfasst ein magnetisierbares und
im allgemeinen zylinderförmiges
erstes Polstück 114 mit
einer ersten Längsachse 116.
Vorzugsweise besteht das erste Polstück 114 im Wesentlichen
aus einem ferromagnetischen Material. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das erste Polstück 114 im Wesentlichen
aus Eisen.
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Die
erste Anordnung 112 umfasst auch einen magnetisierbaren
ersten Ring 118, der im allgemeinen koaxial zur ersten
Achse 116 ausgerichtet ist. Der erste Ring 118 ist
radial um das Polstück 114 und beabstandet
zu diesem angeordnet, und überlappt dieses
in Längsrichtung
zumindest teilweise. Der erste Ring 118 umfasst ein inneres
Längsende 120 und ein äußeres Längsende 122.
Vorzugsweise besteht der erste Ring 118 im Wesentlichen
aus einem ferromagnetischen Material. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht der erste Ring 118 im Wesentlichen
aus Eisen.
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Die
erste Anordnung 112 umfasst zusätzlich eine im allgemeinen
ringförmige
erste supraleitende Hauptspule 124, die im allgemeinen
koaxial zur ersten Achse 116 ausgerichtet ist und in radialer
Richtung zwischen dem ersten Polstück 114 und dem ersten
Ring 118 und beabstandet zu denselben angeordnet ist. Dabei
liegt der radiale Abstand der ersten supraleitenden Hauptspule 124 zur
ersten Achse 116 zwischen dem Radius des ersten Polstücks 114 und dem
Innenradius des ersten Rings 118. Der erste Ring 118 muss
die erste supraleitende Hauptspule 124 in Längsrichtung
nicht überlappen.
Ebenso muss die erste supraleitende Hauptspule 124 das
erste Polstück 114 in
Längsrichtung
nicht überlappen.
Die erste supraleitende Hauptspule 124 überträgt einen ersten elektrischen
Hauptstrom in einer ersten Richtung. Die erste Richtung ist entweder
im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um die erste Achse 116 festgelegt,
wobei die geringste Längskomponente
der Stromrichtung ignoriert wird. Es sei bemerkt, dass zusätzliche
erste supraleitende Hauptspulen benötigt werden können, um
eine hohe Magnetfeldstärke
innerhalb des Abbildungsvolumens des Magneten zu erreichen, ohne
die kritische Stromdichte des in den supraleitenden Spulen verwendeten
Supraleiters zu überschreiten,
was einem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Ein bevorzugter Supraleiter
für die
erste supraleitende Hauptspule 124 ist Niobium-Titan.
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Die
erste Anordnung 112 umfasst ferner eine im allgemeinen
ringförmige
erste supraleitende Abschirmspule 126, die im allgemeinen
koaxial zur ersten Achse 116 ausgerichtet ist. Die erste
supraleitende Abschirmspule 126 ist in radialer Richtung
um die erste supraleitende Hauptspule 124 und beabstandet zu
dieser angeordnet, und in Längsrichtung
außen beabstandet
zum äußeren Ende 122 des
ersten Rings 118 angeordnet. Die erste supraleitende Abschirmspule 126 überträgt einen
ersten elektrischen Abschirmstrom in einer zur vorangehend definierten ersten
Richtung entgegengesetzten Richtung. Ein bevorzugter Supraleiter
für die
erste supraleitende Abschirmspule 126 ist Niobium-Titan.
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Der
offene supraleitende Magnet 110 umfasst auch eine zweite
Anordnung 128. Die zweite Anordnung 128 umfasst
ein magnetisierbares und im allgemeinen zylinderförmiges zweites
Polstück 130, das
in Längsrichtung
zum ersten Polstück 114 ohne einen
magnetisierbaren festen Pfad beabstandet angeordnet ist. Das zweite
Polstück 130 hat
eine zweite Längsachse 132,
die im allgemeinen koaxial zur ersten Achse 116 ausgerichtet
ist. Vorzugsweise besteht das zweite Polstück 130 im Wesentlichen aus
einem ferromagnetischen Material. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das zweite Polstück 130 im Wesentlichen
aus Eisen.
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Die
zweite Anordnung 128 umfasst auch einen magnetisierbaren
zweiten Ring 134, der im allgemeinen koaxial zur zweiten
Achse 132 ausgerichtet ist. Der zweite Ring 134 ist
in radialer Richtung um das zweite Polstück 130 und beabstandet
zu diesem angeordnet, und überlappt
dieses in Längsrichtung zumindest
teilweise. Der zweite Ring 134 umfasst ein inneres Längsende 136 und
ein äußeres Längsende 138.
Die inneren Längsenden 120 und 136 des
ersten und des zweiten Rings 118 und 134 liegen
in Längsrichtung
näher beieinander
als die äußeren Längsenden 122 und 138 des
ersten und des zweiten Rings 118 und 134. Vorzugsweise
besteht der zweite Ring 134 im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen
Material. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht der zweite Ring 134 im Wesentlichen
aus Eisen.
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Die
zweite Anordnung 128 umfasst zusätzlich eine im allgemeinen
ringförmige
zweite supraleitende Hauptspule 140, die im allgemeinen
koaxial zur zweiten Achse 132 ausgerichtet ist und in radialer Richtung
zwischen dem zweiten Polstück 130 und dem
zweiten Ring 134 beabstandet zu denselben angeordnet ist.
Die zweite supraleitende Hauptspule 140 überträgt einen
zweiten elektrischen Hauptstrom in der vorangehend definierten ersten
Richtung. Es sei bemerkt, dass zusätzliche zweite supraleitende Hauptspulen
benötigt
werden können,
um jedwede zusätzlichen
ersten supraleitenden Hauptspulen in der ersten Anordnung auszugleichen,
was dem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Ein bevorzugter Supraleiter
für die
zweite supraleitende Hauptspule 140 ist Niobium-Titan.
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Die
zweite Anordnung 128 umfasst darüber hinaus eine im allgemeinen
ringförmige
zweite supraleitende Abschirmspule 142, die im allgemeinen
koaxial zur zweiten Achse 132 ausgerichtet ist. Die zweite
supraleitende Abschirmspule 142 ist in radialer Richtung
um die zweite supraleitende Hauptspule 140 und beabstandet
zu dieser angeordnet, und in Längsrichtung
außen
beabstandet zum äußeren Ende 138 des
zweiten Rings 134 angeordnet. Die zweite supraleitende Abschirmspule 142 überträgt einen
zweiten elektrischen Abschirmstrom in einer zur vorangehend definierten
ersten Richtung entgegengesetzten Richtung. Ein bevorzugter Supraleiter
für die
zweite supraleitende Abschirmspule 142 ist Niobium-Titan.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst der offene supraleitende Magnet 110 lediglich
ein Trägerelement 144,
das die erste und die zweite Anordnung 112 und 128 verbindet, wobei
das Trägerelement 144 ein
nicht-magnetisierbares Trägerelement
ist, das vorzugsweise im Wesentlichen aus einem nichtmagnetischen
Edelstahl besteht. Bei Betrachtung eines Querschnitts, der durch
eine Schnittebene erzeugt wird, weisen das Trägerelement 144 und
die erste und zweite Anordnung 112 und 128 zusammen
vorzugsweise im allgemeinen eine C-Form auf, wobei die erste Achse 116 gänzlich in
der Schnittebene liegt und die Schnittebene im allgemeinen das Trägerelement 144 halbiert. Es
sei bemerkt, dass der vorangehend definierte Querschnitt der in 3 abgebildete
Querschnitt ist, wobei die C-Form durch Drehung der 3 um
90° gegen
den Uhrzeigersinn entsteht.
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Vorzugsweise
ist die zweite Anordnung 128 ein generelles Spiegelbild
der ersten Anordnung 112 um die Ebene 146 (die
hochkant als gestrichelte Linie in 3 zu sehen
ist), die in Längsrichtung äquidistant
zwischen der ersten und der zweiten Anordnung 112 und 128 angeordnet
und im allgemeinen rechtwinklig zur ersten Achse 116 ausgerichtet
ist. Bei Verwendung des Magneten 110 als Kernresonanztomographiemagnet
umfasst dieser ein Kernresonanztomographieabbildungsvolumen 148 (in
den 1-3 als Punktlinie abgebildet),
das in Längsrichtung
im allgemeinen äquidistant
zwischen der ersten und der zweiten Anordnung 112 und 128 angeordnet
ist. Das Abbildungsvolumen ist vorzugsweise ein im allgemeinen kugelförmiges Abbildungsvolumen
mit einem Mittelpunkt 150, der im allgemeinen auf der ersten
Achse 116 liegt. Die 1 und 2 zeigen
einen Patienten 151 in einer Abbildungsposition.
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Es
sei bemerkt, dass die supraleitenden Spulen 124, 126, 140 und 142 auf
eine Temperatur unterhalb Ihrer kritischen Temperatur, vorzugsweise mit
einer flüssig-Helium
(oder anderer kryogener) Kühlung,
Kryokühler
Kühlung
oder einer Kombination davon gekühlt
werden, um die Supraleitfähigkeit
zu erreichen und diese aufrecht zu erhalten. In einer ersten Kühlvariante,
die in der ersten Anordnung 112 abgebildet ist, umfasst
der Magnet 110 auch einen ersten Kryobehäl ter 152,
der die erste supraleitende Haupt- und Abschirmspule 124 und 126 umgibt,
wobei das erste Polstück 114 und
der erste Ring 118 außerhalb
des ersten Kryobehälters 152 und
beabstandet zu diesem angeordnet ist. Der erste Kryobehälter 152 enthält ein flüssiges Kryogen 154,
beispielsweise flüssiges
Helium. Vorzugsweise besteht der erste Kryobehälter 152 im Wesentlichen
aus Aluminium oder nichtmagnetischem Edelstahl. Hierbei umfasst der
Magnet 110 ferner eine Vielzahl von Platten 156, 158, 160, 162, 164 und 166,
die zusammen mit dem ersten Ring 118 und dem ersten Polstück 114 eine erste
Vakuumumschließung 168 definieren,
die den ersten Kryobehälter 152 umgibt
und beabstandet zu diesem angeordnet ist. Vorzugsweise bestehen
die Platten 156, 158, 160, 162, 164 und 166 im
Wesentlichen aus einem nichtmagnetischen Edelstahl.
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In
einer zweiten Kühlvariante,
die in der zweiten Anordnung 128 abgebildet ist, umfasst
der Magnet auch einen Kryokühler-Kältekopf 170 mit
einem Gehäuse 172,
das an der zweiten Vakuumumschließung 174 angebracht
ist, und einer Kältestufe 176, die
in festem thermischen Kontakt mit der zweiten supraleitenden Haupt-
und Abschirmspule 140 und 142 steht.
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Andere
Kühlvarianten
(die in den Figuren nicht abgebildet sind) umfassen beide Anordnungen, die
jeweils einen eigenen Kryobehälter
aufweisen, wobei die Kryoflüssigkeit
in einem Kryobehälter
mit der Kryoflüssigkeit
in dem anderen Kryobehälter durch
Leitungen in dem Trägerelement
in Flüssigkeitskommunikation
steht. Alternativ kann ein fester thermischer Leitungspfad in dem
Trägerelement
angebracht werden, der es dem Kryokühler-Kältekopf an der zweiten Vakuumumschließung erlaubt,
auch die supraleitende Haupt- und Abschirmspule in der ersten Vakuumumschließung zu
kühlen.
Ein oder mehrere thermische Abschirmungen (in den Figuren nicht
dargestellt) werden typischerweise beabstandet zueinander angeordnet
und umgeben die supraleitenden Haupt- und Abschirmspulen. Bei Kryoflüssigkeitskühlung sind
solche thermischen Abschirmungen außerhalb des Kryobehälters angeordnet.
Es sein bemerkt, dass der Magnet 110 darüber hinaus thermische
Abstandshalter und Spulenformen aufweist, die dem Durchschnittsfachmann
bekannt sind und die zur richtigen Beabstandung und Lagerung der
Magnetkomponenten gebraucht werden, wobei diese Abstandshalter und
Spulenformen zur Übersichtlichkeit
in den Figuren weggelassen wurden.
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4 zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen offenen
supraleitenden Magneten 210, der vorzugsweise ein im allgemei nen
0,75 Tesla-Magnet ist. Hierbei sind das innere und äußere Längsende 220 und 222 des
ersten Rings 218 in einem ersten Längsabstand zueinander beabstandet
angeordnet, wobei die erste supraleitende Hauptspule 224 in
einem Abstand längs
zum inneren Ende 220 des ersten Rings 218 angeordnet ist,
der im allgemeinen kleiner ist als die Hälfte des ersten Längsabstandes.
Der erste Ring 218 überlappt
die erste supraleitende Hauptspule 224 in Längsrichtung
im allgemeinen komplett, während
die erste superleitende Hauptspule 224 das erste Polstück 214 teilweise überlappt.
Es sein bemerkt, dass eine erste Magnetkomponente eine zweite Magnetkomponente
nur komplett in Längsrichtung überlappen
kann, sofern die erste Komponente gegenüber der zweiten Komponente
in Längsrichtung
länger
ist und diese umgibt. Der erste Ring 218 überlappt
das erste Polstück 214 in
Längsrichtung
im allgemeinen komplett. Die erste supraleitende Abschirmspule 226 ist
in einem Abstand längs
zum äußeren Ende 222 des
ersten Rings 218 angeordnet, der im allgemeinen kleiner
ist als die hälfte
des ersten Längsabstandes.
Der erste Ring 218 ist in einem ersten radialen Abstand
vom ersten Polstück 214 angeordnet,
wobei die erste superleitende Abschirmspule 226 in einem radialen
Abstand von der ersten supraleitenden Hauptspule 224 angeordnet
ist, der im allgemeinen kleiner ist als der erste radiale Abstand.
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Es
sei bemerkt, dass ein Durchschnittsfachmann, der auf konventionellen
magnetischen Feldanalysetechniken basierende Computersimulationen und
die Lehre der vorliegenden Erfindung nutzt, einen offenen und abgeschirmten
Magneten mit einer gewünschten
magnetischen Feldstärke,
mit einem gewünschten
Grad an Inhomogenität
des magnetischen Feldes und einem gewünschten Grad an Abschirmung
ausführen
kann (das heißt,
mit einer gewünschten
Position des 5 Gauß Streufeldes
vom Mittelpunkt des Abbildungsvolumens des offenen supraleitenden
Magneten). Wie vorrangehend beschrieben, verstärken das Polstück und der
Ring die Stärke des
magnetischen Feldes, so dass eine geringere Menge Supraleiter in
der Hauptspule benötigt
wird. Der eiserne Ring ermöglicht
eine partielle Magnetflussrückführung für die Hauptspule,
durch die die Menge des in dem Polstück benötigten Eisens und die Menge
des in der Hauptspule benötigten
Supraleiters reduziert wird. Auch entkoppelt der Eisenring magnetisch
die Abschirmspule von der Hauptspule, sodass die magnetischen Flusslinien
von der Abschirmspule von dem Eisenring eingefangen werden und die
magnetischen Flusslinien der Hauptspule nicht erreichen. Folglich
muss die Eisenmasse des Polstücks
und die Menge des Supraleiters in der Hauptspule nicht erhöht werden,
um die das Feld schmälernden
Effekte der magnetischen Flusslinien der Abschirmspule auszugleichen,
zumal diese durch den Eisenring abgeschirmt werden. Computersimulationen
zeigen, dass ein erfindungsgemäßer 0,75
Tesla-Magnet im allgemeinen 500 Pfund des Supraleiters benötigen würde, die
einen im allgemeinen 15.000 Pfund wiegenden Magneten (der leicht genug
ist um in einer medizinischen Einrichtung verbaut zu werden) ergeben,
der lediglich halb so viel kostet wie ein entsprechend realisierbarer
konventioneller Magnet kosten würde.