JP2012148073A

JP2012148073A - クエンチの間に磁気共鳴撮像マグネットを保護するための装置及び方法

Info

Publication number: JP2012148073A
Application number: JP2012004650A
Authority: JP
Inventors: Lvovsky Yuri; ユーリ・ルヴォスキー; Weijun Shen; ウェイジュン・シェン; Jian-She Wang; チャン−シェ・ワン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: GB2487465B; US8542015B2; GB201200431D0; GB2487465A; US20120182012A1; JP5964058B2; CN102610351B; CN102610351A

Abstract

【課題】クエンチ保護を提供する。
【解決手段】超伝導マグネットアセンブリは、コイル直列回路を形成している複数の超伝導マグネットコイル部分と、マグネットランプ動作モードの間に複数の超伝導マグネットコイル部分に電力を供給する電源と、超伝導マグネットコイル部分に結合されたランプスイッチとを備える。ランプスイッチはマグネットランプモードの間は開かれかつ永続モードの間は閉じられる。容器に対する外部にダンプ抵抗器を配置させており、このダンプ抵抗器はランプスイッチによって超伝導マグネットコイル部分に接続可能である。超伝導マグネットコイル部分及びランプスイッチに対して制御器を結合させており、この制御器は超伝導マグネットコイル部分内でクエンチ発現条件を検出して磁気エネルギーをダンプさせるためにランプスイッチを開く。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は全般的には磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）向けの超伝導マグネットアセンブリに関し、またより詳細には超伝導動作のクエンチ発生時における外部のダンプ抵抗器を用いた超伝導マグネットアセンブリの保護に関する。

よく知られているように超伝導材料を巻き付けたマグネットコイルは、極低温環境に配置したときに超伝導にさせることが可能である。例えばマグネットコイルは、冷媒を包含したクライオスタットや同様の圧力容器内に封入したときに超伝導とすることができる。動作温度が低いため、マグネットコイルの超伝導ワイヤを、ワイヤの抵抗が本質的にゼロとなるような超伝導状態とすることが可能である。このコイルに対して、コイルを通過する電流に対するランプアップやランプダウンのためにある期間にわたって電源を接続することがあり、またコイルに電気抵抗が無いために、コイルから電源を切断した後でもその中を通って電流が流れ続けることができる。このように一定の電流が顕著な減衰を伴わずに超伝導マグネット中を流れることを「永続」動作モードと呼び、多種多様な分野（特に、ＭＲＩ）において広範な用途が確認されている。

典型的なＭＲＩマグネットではその主超伝導マグネットコイルを、真空容器の内部にそれ自体が包含されている冷媒圧力容器内に封入している。真空容器の中心には軸方向の撮像ボアを形成しており、この軸方向の撮像ボアの撮像ボリューム内に主マグネットコイルによって強力な磁場を発生させている。冷媒圧力容器内部でよく利用される冷媒は液体ヘリウムである。超伝導動作の間に液体ヘリウムは蒸発してヘリウムガスが形成されており、このヘリウムガスは、リサイクルのために再凝縮させるか大気に排出されるかのいずれかとさせている。

超伝導マグネットアセンブリに関する主たる懸念の１つは、超伝導動作が停止するすなわち「クエンチ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する」ことであり、こうなるとマグネット内部に望ましくない電圧及び温度が生じることがある。クエンチ事象は、マグネットコイルの摩擦運動などに由来するエネルギー外乱の際に生じ、超伝導ワイヤのある区画が熱せられかつワイヤがその超伝導状態を失う臨界レベルを超えるような超伝導ワイヤの温度上昇を生じさせる。ワイヤの熱せられた区画は常伝導性となり、またこの加熱がさらにそのワイヤ区画の温度を上昇させると共に隣接する領域に伝わり、これにより常態の区画のサイズが増大する。このために、マグネットの電磁気エネルギーを熱エネルギーとするように迅速にダンプさせるか変換するかのいずれかとしなければならないような不可逆性クエンチが生じる。

超伝導動作が突然クエンチすると、急峻な温度上昇が生じる可能性があり、これがさらに超伝導ワイヤを損傷させる可能性がある。さらに、こうした急峻な温度上昇に由来して冷媒容器内部の分子密度が急激に低下したことが、周囲の構成要素を適正に絶縁する冷媒気体の能力を低下させ、これが電圧破壊を生じさせる可能性に繋がる。さらに、冷媒容器内部に用いられる液体ヘリウムやその他の冷媒が、冷媒容器内部の温度の上昇に伴って急速に気体となり、またこの（圧力が急激に上昇した）気体は冷媒容器から排出しなければならず、このためかなりの量の高価な冷媒が失なわれる結果となる。こうしたクエンチがあるとさらに、クエンチ後の超伝導マグネットの再冷却及び再ランピングのためにかなりの時間を要するためＭＲＩスキャナの利用に関する大幅なダウン時間に繋がる。

超伝導マグネットがクエンチするごとにその後では、通常マグネットの性能が漸進的な改善を示すので有利である。「トレーニング（ｔｒａｉｎｉｎｇ）」と呼ばれるこの現象によって、一連のトレーニングクエンチの後に実質的に一定の性能になるようにマグネットを定着させることができ、実際上マグネットがクエンチする電流を当初のクエンチ電流と比べてかなり高くさせることが可能となる。したがってトレーニングクエンチは、ＭＲＩ用の超伝導マグネットアセンブリの製造時に実施される一般的な現象である。マグネットアセンブリが磁場内で永続モードで動作しているときにクエンチが発生する確率を低下させるように動作電流を超えるまでマグネットをトレーニングしている。しかし依然としてこれらのトレーニングクエンチでは上で検討したように、高価な冷媒の望ましくない損失、長期間のシステムダウン時間、並びに従来のクエンチに関連する構成要素の損傷の恐れが伴う。マグネット設計パラメータの選択（特に、マグネットを動作させる臨界電流の一部）は、マグネットの安定性及びトレーニングクエンチの量に依存する。臨界電流のより近くで動作させ、超伝導体の利用量をより少なくしかつコストをより低減させるようなさらに意欲的なマグネット設計は、トレーニングクエンチの成果が無いか小さいような場合でしか有効とならない。

したがって、超伝導マグネットアセンブリに対するクエンチ保護を冷媒を大量に失わずかつマグネットを再冷却させるのに長期間のシステムダウン時間を伴わないで提供することが可能な装置及び方法があることが望ましい。

本発明の実施形態は、容器の内部にコイル直列回路を形成するように直列に接続させた磁場を提供するための複数の超伝導マグネットコイル部分と、複数の超伝導マグネットコイル部分に結合させたマグネットランプ動作モードの間に複数の超伝導マグネットコイル部分に電力を供給するための電源と、容器の内部に配置されると共に複数の超伝導マグネットコイル部分に結合されたランプスイッチと、を備える超伝導マグネットアセンブリであって、該ランプスイッチはマグネットランプ動作モードの間に開きかつ永続動作モードの間に閉じるように構成されている超伝導マグネットアセンブリを提供する。本超伝導マグネットアセンブリはさらに、容器に対する外部に配置させているランプスイッチによって複数の超伝導マグネットコイル部分に接続可能なダンプ抵抗器と、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分及びランプスイッチに結合させている、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分から検出した信号に基づいてクエンチ発現条件を検出しかつクエンチ発現条件を検出した時点でダンプ抵抗器に磁気エネルギーをダンプさせるためにランプスイッチを開くように構成された制御器と、を備える。

本発明の別の態様では、クエンチ条件の間に超伝導マグネットアセンブリを保護する方法であって、容器の内部に配置された少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分に制御器を結合させるステップと、マグネットランプ動作モードの間には少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分を電源に接続しかつ永続動作モードの間には少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分をダンプ抵抗器に接続するステップと、クエンチ条件の発現を検出するために少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分からの信号を監視するステップと、を含む方法を開示する。本方法はさらに、監視した信号に基づいてクエンチ条件を検出するステップと、制御器からの信号を少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分に結合されたランプスイッチに送り、制御器がクエンチ条件を検出した場合は永続動作モードを停止するためかつ少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分をダンプ抵抗器に接続するためにランプスイッチを開くステップと、を含む。

本発明のさらに別の態様では、容器の内部に配置させた超伝導マグネットコイルアセンブリと、容器に対する外部に配置させている、容器内の恒久埋め込み式リードを介して超伝導マグネットコイルアセンブリに着脱可能に結合可能な電源と、容器の内部に配置されると共に超伝導マグネットコイルアセンブリに結合されている、マグネットランプ動作モードの間には開きかつ永続動作モードの間には閉じるように構成されたランプスイッチと、を備える磁気共鳴撮像システムを開示する。本磁気共鳴撮像システムはさらに、容器に対する外部に配置させている、容器内の恒久埋め込み式リードに結合されたケーブルを介して超伝導マグネットコイルアセンブリに結合された外部ダンプ抵抗器と、容器に対する外部に配置させると共に超伝導マグネットコイルアセンブリ及びランプスイッチに結合させたクエンチ保護制御器と、を備えており、該クエンチ保護制御器は、超伝導マグネットコイルアセンブリの計測信号に基づいてクエンチ条件を検出しかつクエンチ条件を検出した場合に磁気エネルギーを外部ダンプ抵抗器にダンプさせるためにランプスイッチを開くように構成されている。

別の様々な特徴及び利点については以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面では、本発明を実施するために目下のところ企図される実施形態を表している。

本発明の一実施形態による超伝導マグネットアセンブリの概要図である。本発明の別の実施形態による超伝導マグネットアセンブリの概要図である。

冷媒の大幅な損失を伴わずかつ長期間のシステムダウン時間を伴わずに超伝導マグネットアセンブリにクエンチ保護を提供するためのシステム及び方法を示している。本システム及び方法は、より小型の専用ＭＲＩマグネット（例えば、頭部、オルト（ｏｒｔｈｏ））を含む磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）用途において特に有用である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による超伝導マグネットアセンブリ１００を表している。超伝導磁気アセンブリ１００は、その内部にある構成要素に冷却を提供するために冷媒１０４（例えば、液体ヘリウム）で満たした冷媒圧力容器１０２を備える。図１には示していないが、冷媒圧力容器１０２はその中を通過する中央のボア部分（ＭＲＩ用途において中央撮像ボアの役割をする）を有するように円筒状に形成し得ることを理解されたい。しかし本発明は、中央撮像ボアを有するこうした円筒状の幾何学構成を有する用途に限定されるものではなく、また冷媒圧力容器１０２はその内部に超伝導マグネットコイルを包含するための適当な任意の方式で形成することができる。さらに、この容器は冷媒で満たす必要はなく、これに代えて伝導冷却式の超伝導マグネットアセンブリを収容することも可能であることを理解されたい。別法として、超伝導マグネットアセンブリを閉じた冷媒ループによって冷却させることも可能である。

冷媒圧力容器１０２の内部で複数の超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２が直列に結合されかつ配置されている。図１に示した超伝導マグネットコイル部分の数は単に例示であり、本発明に従って利用するコイル部分の数をこれより多くすることも少なくすることも可能である。マグネットランプ動作モードの間（すなわち、マグネットがフル電流までチャージされるとき）、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２は冷媒圧力容器１０２内の１対の恒久埋め込み式リード１１６、１１８を介して電源１１４と電気的に接続されている。電源１１４は超伝導マグネットアセンブリ１００内に恒久的に取り付けられることがあり、またマグネットランプモードの間だけのサービスツールとして機能するように着脱可能に結合可能とさせることもある。リレースイッチ１２０は、電源１１４の正端子１２２を恒久埋め込み式リード１１６に結合させかつ電源１１４の負端子１２４を恒久埋め込み式リード１１８に結合させるように作動性に位置決めされる。リレースイッチ１２０は、例えばＭＧＢＴ式や機械式など適当な任意のスイッチとすることができる。マグネットランプ動作モードの間にこの構成を用いることにより、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２を付勢させて冷媒圧力容器１０２の中央撮像ボア内に磁場を提供可能なコイル直列回路を形成させている。

マグネットランプ動作モードにおいて電源１１４によって超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２をフル電流までチャージさせた後、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２と電気的に結合させた主ランプスイッチ１２６を「開」位置から「閉」位置に切替え、主ランプスイッチ１２６によりリードを電源１１４に代わって外部ダンプ抵抗器１２７に接続させている。主ランプスイッチ１２６が「閉」位置にあるとき、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２により形成されたコイル直列回路内で電流が循環することが可能であり、この際に引き続き電源１１４に接続させる必要はない。こうした動作のことを「永続」動作モードと呼ぶ。コイル直列回路の抵抗が最小であれば、マグネットシステムはかなりの期間にわたる永続モードでの動作が可能であり、これにより外部の電源への接続の継続に関連するエネルギー需要、損失の可能性が低減されると共に、中央の磁場Ｂ₀に対して要求される高い安定性が可能となる。

さらに、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２が永続モードで動作していると検出された場合（すなわち、主ランプスイッチ１２６が「閉」位置にあるとき）、電源１１４を恒久埋め込み式リード１１６から脱結合させ、これに代えて恒久埋め込み式リード１１６を外部ダンプ抵抗器１２７に結合させるようにリレースイッチ１２０を作動させている。本明細書の以下では外部ダンプ抵抗器１２７の特徴及び動作についてさらに詳細に説明することにする。

上で指摘したように超伝導マグネットアセンブリ１００は、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２をそのフル動作電流までチャージし終えたときに永続モードでの動作が可能である。しかし永続動作モードの間に超伝導マグネットアセンブリ１００のクエンチが発生することがあり、こうしたクエンチによって超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２の構成要素の温度が超伝導動作の臨界温度を超えて上昇することがある。したがって、望ましくないクエンチを軽減するために超伝導マグネットアセンブリ１００はさらに、クエンチ保護制御器１２８を備えたクエンチ保護システムを含む。クエンチ保護制御器１２８は、冷媒圧力容器１０２に対する外部に配置させると共に、冷媒圧力容器１０２に恒久的に結合させている。クエンチ保護制御器１２８は、複数の電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２と電気的に連絡している。しかし、クエンチ検出は電圧タップによる電圧検出に限定されないことを理解すべきである。別法としてこれは、クエンチ事象の発現を検出するための機械式、誘導式、光学式、熱式、その他の機構やセンサを含む別の手段を組み込むことも可能である。

永続動作モードの間にクエンチ保護制御器１２８は、電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８あるいはクエンチ検出センサからの別の信号を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２の電圧レベルを監視するように構成されている。これらの電圧レベル（または、別のセンサ信号）に基づいてクエンチ保護制御器１２８は、クエンチ条件が発生したか否かを検出する。クエンチ条件が検出されていない場合は、システム動作を変更せずに永続モードを継続する。しかしクエンチ条件が検出された場合は、クエンチ保護制御器１２８は主ランプスイッチ１２６の内部に配置されたヒータ１３０にパルス信号を送り、これにより主ランプスイッチ１２６を開放するように構成されている。主ランプスイッチ１２６が開放されると、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２により形成された閉じたコイル直列回路を通って流れる電流が遮断されると共に、電流は埋め込み式リード１１６、１１８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２から外部ダンプ抵抗器１２７に迅速に排出される。外部ダンプ抵抗器は、例えば４０ｋｇを超える鋼鉄を含むことがあり、また迅速な電流排出に効果的に対応するためにこれを冷媒圧力容器１０２を収容している撮像室から完全に分離させた装置室内部の安全ケージ内に配置させることがある。この方法ではクエンチ保護制御器１２８は、永続動作中に検出されるクエンチ条件から冷媒圧力容器１０２内部にあるすべての構成要素を保護することが可能であり、またこれを実施するのに、従来であればシステム内部の高価な冷媒の交換、マグネットを再冷却させるためのシステムのダウン時間の必要並びにマグネット設計におけるより超伝導の高い導体の要求の元になっていた冷媒（例えば、液体ヘリウム）の大量の損失及び／または超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２の過剰な加熱を伴うことなくこれが可能となる。

上では永続モードの間におけるクエンチ保護制御器１２８の利用について記載しているが、クエンチ保護制御器１２８は永続モードでの動作に限定されるものではない。すなわち、クエンチ保護制御器１２８はマグネットランプ動作モードの間でも同様に、電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８（または、別のセンサ）を介して電圧レベルや超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２の同等のクエンチ検出信号を監視するように構成されている。しかし主ランプスイッチ１２６がマグネットランプ動作モードの間に既に開いているため、クエンチ保護制御器１２８はクエンチ条件が検出されたときに主ランプスイッチ１２６を開放させるようにヒータ１３０にパルス信号を送るように動作する必要がない。これに代えて、マグネットランプモードの間にクエンチ条件が検出されるとクエンチ保護制御器１２８は、恒久埋め込み式リード１１６から電源１１４を脱結合させかつ外部ダンプ抵抗器１２７を恒久埋め込み式リード１１６に結合させるようなパルス信号をリレースイッチ１２０に送るように構成されている。この接続を形成する際に、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２を通って流れる電流が遮断されると共に、上で記載したのと同様に電流は埋め込み式リード１１６、１１８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２から外部ダンプ抵抗器１２７に迅速に排出される。したがってクエンチ保護制御器１２８は、永続動作モードとマグネットランプ動作モードの両方のモードの間におけるクエンチ条件の検出及び軽減が等しく可能である。

ＭＲＩ以外の用途（例えば、加速器マグネット）ではクエンチ条件は、外部ダンプ抵抗器を使用してシステム保護のために電流を急速に「ダンプ」させることにより従来から軽減されている。しかしこうした用途は、ＭＲＩ用途に関して上で記載したのと同様の永続モードでは動作しておらず、またこのためＭＲＩ用途における外部ダンプ抵抗器の使用はこれまでに実現されていない。

ここで図２を参照すると、本発明の別の実施形態による超伝導マグネットアセンブリ２００を表している。理解を容易にするために図２では、図１に関連して図示し説明したのと同じ要素の多くについても図示している。したがって図１と図２の間でその参照番号を相関させており、超伝導マグネットアセンブリ２００内でのその目的をここで繰り返すことはしないことにする。

図２に示した超伝導磁気アセンブリ２００は、複数の電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２と連絡したクエンチ保護制御器２２８を備える。しかし図１に関連して上で記載したクエンチ保護制御器１２８と異なり、クエンチ保護制御器２２８は冷媒圧力容器１０２と着脱可能に結合可能となるように構成されている。具体的にはクエンチ保護制御器２２８は、マグネットランプ動作モードの間のサービスツールとして機能するように構成されており、またしたがってマグネットランプ動作モードの完了時点で超伝導マグネットアセンブリ２００から取り外されることがある。さらに図２に示した電源２１４もまた、冷媒圧力容器１０２と着脱可能に結合可能とするように構成されており、またマグネットランプ動作モードの完了後には同様に超伝導マグネットアセンブリ２００から取り外されることがある。

マグネットランプモードの間においてクエンチ保護制御器２２８は、図１に関連して上で記載したクエンチ保護制御器１２８と同様に動作する。すなわちクエンチ保護制御器２２８は、電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２の電圧レベルを監視するように構成されている。マグネットランプモードの間には主ランプスイッチ２２６が開放位置にあり、またしたがってクエンチ保護制御器２２８は、クエンチ条件が検出されたときに主ランプスイッチ２２６を開かせるためのパルス信号を複数の主ランプスイッチヒータ２３０、２３２、２３４、２３６に送るように動作する必要がない。その代わりにマグネットランプの間にクエンチ条件が検出されると、クエンチ保護制御器２２８は恒久埋め込み式リード１１６から電源２１４を脱結合させかつ恒久埋め込み式リード１１６を外部ダンプ抵抗器１２７に結合させるようなパルス信号をリレースイッチ１２０に送るように構成されている。図１に関連して上で記載したように、マグネットランプモードの間に恒久埋め込み式リード１１６と外部ダンプ抵抗器１２７の間に接続を形成することによって超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２を通過する電流が遮断され、これにより電流は埋め込み式リード１１６、１１８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２から外部ダンプ抵抗器１２７に迅速に排出されることになる。

上で指摘したようにクエンチ保護制御器２２８と電源２１４は、サービスツールの役割をすると共に理想的にはマグネットランプモードの完了時に超伝導マグネットアセンブリ２００から取り外される。しかし、マグネットランプに続いてクエンチ保護制御器２２８を取り外しても、依然として超伝導マグネットアセンブリ２００は、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２が永続モードで動作しているときにクエンチ条件を検出するように構成されている。

永続モードの間には主ランプスイッチ２２６が閉じており、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２により形成されるコイル直列回路を通って電流が循環することが可能である。主ランプスイッチヒータ２３０、２３２、２３４、２３６は電圧タップ１３０、１３２、１３４、１３６、１３８に結合されており、このため超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２に跨る電圧によって主ランプスイッチヒータ２３０、２３２、２３４、２３６を駆動させることが可能となる。すなわち、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２のいずれかに跨る電圧がクエンチ条件を示す所定の電圧レベルに到達した場合、主ランプスイッチ２２６を開くように主ランプスイッチヒータ２３０、２３２、２３４、２３６のうちの少なくとも１つが駆動される。主ランプスイッチ２２６が開放状態にあると、超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２により形成されるコイル直列回路を通る電流が遮断されると共に、電流は埋め込み式リード１１６、１１８を介して超伝導マグネットコイル部分１０６、１０８、１１０、１１２から外部ダンプ抵抗器１２７に迅速に排出される。したがって超伝導マグネットアセンブリ２００において、外部のクエンチ保護制御器２２８の支援がなくとも永続モードの間のクエンチ保護が実現される。

図１及び図２には明示的に示していないが、超伝導マグネットアセンブリ１００及び超伝導マグネットアセンブリ２００はクエンチ保護回路の内部に、ダイオード、追加の抵抗器、ヒータ、その他などの追加の構成要素を備えることがあることを理解されたい。超伝導磁気アセンブリ１００及び超伝導マグネットアセンブリ２００はさらに、その各々が１つのループをつくるように幾つかのコイル／コイル部分が組み合わせられたコイルループを様々な数だけ備えることがある。

図１と図２において図示し説明したそれぞれ超伝導マグネットアセンブリ１００と超伝導マグネットアセンブリ２００のいずれかを利用することによって、より低コストのＭＲＩマグネット及びＭＲＩマグネットの低損失（または、無損失）トレーニングの実現が可能となる。従来のＭＲＩマグネットは安定性の懸念により限界があり、また臨界電流よりはるか下のレベルで初期設計しなければならず、時間をかけた反復によってのみより高い動作電流までトレーニングできていた。しかし上で記載したクエンチ保護方法を用いた低損失（または、無損失）トレーニングの機能によれば、マグネットを当初から臨界電流に極めて近い動作電流を有するように設計し、これによりマグネットの全体コストを削減することができる。さらに、クエンチの間の冷媒損失がないため長期にわたる動作コストが大幅に削減され、またマグネットコイルがあまり加熱されることがないためシステムの再冷却ダウン時間が大幅に短縮される。

本発明の実施形態がコンピュータプログラムをその上に保存したコンピュータ読み取り可能記憶媒体とインタフェースされこれにより制御され得ることは当業者であれば理解されよう。このコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、電子構成要素、ハードウェア構成要素及び／またはコンピュータソフトウェア構成要素のうちの１つまたは幾つかなどの複数の構成要素を含む。これらの構成要素には、あるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行するためにソフトウェア、ファームウェア及び／またはアセンブリ言語などの命令を保存するのが一般的である１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含むことがある。これらのコンピュータ読み取り可能記憶媒体は非一時的及び／または実体的であるのが一般的である。こうしたコンピュータ読み取り可能記憶媒体の例には、コンピュータ及び／または記憶デバイスの記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、例えば磁気式、電気式、光学式、生物学式及び／または原子式のデータ記憶媒体のうちの１つまたは幾つかを利用することがある。さらにこうした媒体は例えば、フロッピー（商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ及び／または電子式メモリの形態をとることがある。非一時的かつ／または実体的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に関するここに列挙していない別の形態も本発明の実施形態で利用することができる。

システムの実現形態においてこうした多くの数の構成要素を組み合わせたり分割したりすることが可能である。さらにこうした構成要素は、多くのプログラミング言語のうちのいずれかによって記述されるかこうした言語で実現させた１組及び／または一連のコンピュータ命令を含むことがあり得ることは当業者であれば理解されよう。さらに、１つまたは複数のコンピュータにより実行したときに１つまたは複数のコンピュータに対してあるシーケンスの１つまたは複数の実現形態や実施形態のうちの１つの部分または複数の部分を実行させるような命令シーケンスを表したコンピュータデータ信号を具現化するために、搬送波など別の形態をしたコンピュータ読み取り可能な媒体が利用されることもある。

したがって本発明の一態様による超伝導マグネットアセンブリは、容器の内部にコイル直列回路を形成するように直列に接続させた磁場を提供するための複数の超伝導マグネットコイル部分と、複数の超伝導マグネットコイル部分に結合させたマグネットランプ動作モードの間に複数の超伝導マグネットコイル部分に電力を供給するための電源と、容器の内部に配置されると共に複数の超伝導マグネットコイル部分に結合されたランプスイッチと、を備えており、該ランプスイッチはマグネットランプ動作モードの間に開きかつ永続動作モードの間に閉じるように構成されている。本超伝導マグネットアセンブリはさらに、容器に対する外部に配置させているランプスイッチによって複数の超伝導マグネットコイル部分に接続可能なダンプ抵抗器と、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分及びランプスイッチに結合させている、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分から検出した信号に基づいてクエンチ発現条件を検出しかつクエンチ発現条件を検出した時点でダンプ抵抗器に磁気エネルギーをダンプさせるためにランプスイッチを開くように構成された制御器と、を備える。

この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。

１００超伝導マグネットアセンブリ
１０２冷媒圧力容器
１０４冷媒
１０６超伝導マグネットコイル部分
１０８超伝導マグネットコイル部分
１１０超伝導マグネットコイル部分
１１２超伝導マグネットコイル部分
１１４電源
１１６恒久埋め込み式リード
１１８恒久埋め込み式リード
１２０リレースイッチ
１２２電源の正端子
１２４電源の負端子
１２６主ランプスイッチ
１２７外部ダンプ抵抗器
１２８クエンチ保護制御器
１３０ヒータ
１３０電圧タップ
１３２電圧タップ
１３４電圧タップ
１３６電圧タップ
１３８電圧タップ
２００超伝導磁気アセンブリ
２１４電源
２２６主ランプスイッチ
２２８クエンチ保護制御器
２３０ヒータ
２３２ヒータ
２３４ヒータ
２３６ヒータ

Claims

容器（１０２）の内部にコイル直列回路を形成するように直列に接続させた磁場を提供するための複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）と、
マグネットランプ動作モードの間に複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に電力を供給するために複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に結合された電源（１１４、２１４）と、
容器（１０２）の内部に配置されると共に複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に結合されている、マグネットランプ動作モードの間に開きかつ永続動作モードの間に閉じるように構成されたランプスイッチ（１２６）と、
容器（１０２）に対する外部に配置されている、ランプスイッチ（１２６）によって複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に接続可能なダンプ抵抗器（１２７）と、
少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）及びランプスイッチ（１２６）に結合された制御器（１２８、２２８）であって、該少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）から検出した信号に基づいてクエンチ発現条件を検出しかつクエンチ発現条件を検出した時点で磁気エネルギーをダンプ抵抗器（１２７）にダンプさせるためにランプスイッチ（１２６）を開くように構成された制御器（１２８、２２８）と、
を備える超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
マグネットランプ動作モード間には複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に電源（１１４、２１４）を結合させかつ永続動作モードの間には複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）にダンプ抵抗器（１２７）を結合させるように構成されたリレースイッチ（１２０）をさらに備える請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
前記リレースイッチ（１２０）はさらに前記制御器（１２８、２２８）に結合されており、該制御器（１２８、２２８）はマグネットランプ動作モード間にクエンチ発現条件が検出されたときに複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）にダンプ抵抗器（１２７）を結合させるようにリレースイッチ（１２０）を操作するように構成されている、請求項２に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
容器（１０２）の内部に恒久的に埋め込まれた少なくとも１対のパワーリード（１１６、１１８）をさらに備える請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
前記電源（１１４、２１４）及びダンプ抵抗器（１２７）は、容器（１０２）の内部に恒久的に埋め込まれた少なくとも１対のパワーリード（１１６、１１８）を介して複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に結合されている、請求項４に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
前記制御器（１２８、２２８）は、マグネットランプ動作モードと永続動作モードの両モードにある間に複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）及びランプスイッチ（１２６）に結合されている、請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
前記制御器（１２８、２２８）は、マグネットランプ動作モード間には複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）及びランプスイッチ（１２６）に結合されており、かつ永続動作モードの間には複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）及びランプスイッチ（１２６）から脱結合されている、請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
マグネットランプ動作モードの完了後に前記制御器（１２８、２２８）と電源（１１４、２１４）の両方を超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）から取外し可能である、請求項７に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
前記ランプスイッチ（１２６）はさらに、永続動作モードの間に複数の超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）を横断する所定の最大電圧レベルに基づいてランプスイッチ（１２６）を開くように構成された複数のヒータ（１３０、２３０、２３２、２３４、２３６）を備える、請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。
クエンチの発現に対応した信号を制御器（１２８、２２８）に伝送するために少なくとも１つの超伝導マグネットコイル部分（１０６、１０８、１１０、１１２）に結合された複数の検出センサ（１３０、１３２、１３４、１３６、１３８）をさらに備える請求項１に記載の超伝導マグネットアセンブリ（１００、２００）。