WO2007073979A1 - Supraleitende magnetspule mit einer schaltung zum quenchschutz sowie ein mrt-gerät damit - Google Patents

Supraleitende magnetspule mit einer schaltung zum quenchschutz sowie ein mrt-gerät damit Download PDF

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WO2007073979A1
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magnet coil
superconducting magnet
quench
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PCT/EP2006/068328
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Gerhard Bittner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the invention relates to a superconducting magnet coil with a circuit for quench protection, as used in particular in magnetic resonance tomography devices (hereinafter referred to as MRI devices), and an MRI device with such a magnetic coil.
  • MRI devices magnetic resonance tomography devices
  • a magnetic coil of a superconducting material may be operated in the superconducting state when the magnetic coil is in a very cold environment, such as in a liquid helium filled cryotank.
  • the coil wires In the superconducting state, the coil wires have virtually no resistance, so that no energy is needed to maintain a current flow in the magnetic coil and thus also to maintain the magnetic field generated by the magnetic coil.
  • the current flow itself is actively fed into the coil before the magnet is put into operation during a so-called charging process.
  • Such cryomagnets have been widely used in MRI devices.
  • An MRI cryomagnet usually comprises a plurality of series-connected superconducting sub-coils which are spatially separated and located in a liquid helium-filled cryotank.
  • the cryotank is in turn surrounded for the purpose of cooling cold shields and arranged in a vacuum vessel.
  • a quench of a superconducting magnet is understood to mean a process in which, for various reasons, a part of the superconducting magnet coil loses its superconducting property and becomes normally conducting, ie conducting with a non-zero resistance. Due to the electrically non-vanishing resistance, the current flow in the magnetic coil changes and the magnetic field built up by it breaks down. The collapse of the magnetic field requires a series of processes, each of which brings with it a problem.
  • the energy stored in it is released due to the collapse of the magnetic field. Virtually all of the energy is converted to thermal energy, in the normal conducting areas of the coil wires. If only a small portion of the solenoid, for example, only a sub-coil, becomes normally conducting, this can result in the energy released in the localized area being converted into thermal energy, which in turn leads to severe localized overheating, which may damage the cryogenic components. can damage magnets.
  • the risk of local overheating is usually reduced by the fact that in a quench in a controlled manner, the entire solenoid is brought into the normal conducting state, so that the thermal energy is distributed over the entire thermal mass of the magnetic coil.
  • the current flow I changes relatively rapidly in a short time.
  • high voltages are generated in the solenoid coil with an inductance L in accordance with the relationship L- ( ⁇ l / ⁇ t). Without further protection, these voltage rises can cause damage to the coil and / or the coil insulation.
  • One way to avoid the problems described above is to use resistors to control the spread of the quench. In this case, over the entire coil - typically in the upper part of the winding - mounted resistors, which are usually connected in parallel to the conductor coils. With a quench associated with non-zero voltage along the conductor wires, current flows through the resistors. Due to their radiant heat they bring the next windings to quenching. At the same time, the resistors reduce the high voltages created during a quench. Furthermore, a symmetrical spread of the quench is achieved by a skillful interconnection of the resistors.
  • resistors solves the problems that can occur with a quench;
  • the use of resistors also brings disadvantages that show up primarily during the phase of charging and discharging the solenoid.
  • a voltage is applied to the magnetic coil to induce the flow of current. A portion of this voltage induces a current flow through the resistors, causing a (albeit slight) heating of the resistors, resulting in evaporation of some of the helium.
  • quenching can also occur.
  • the heating can be reduced by using higher-resistance resistors, however, the use of higher-resistance resistors again entails the risk of higher voltage excursions in the event of a quench.
  • Helicon type cryomagnets manufactured by Siemens, circumvent this problem by using cold diodes connected in parallel and anti-parallel to the sub-coils instead of resistors.
  • a cold diode here is a diode - for example, a silicon diode - understood that can be operated in the temperature range of liquid helium.
  • the diodes used there fulfill the task of protecting the cryomagnet in a quench against voltage increases and at the same time to minimize heat generation when charging or discharging the magnetic coils.
  • the arrangement of the diodes used is not suitable for controlling a quench or keeping it symmetrical in its propagation.
  • resistive heating elements are connected in parallel to partial coils together with anti-parallel diodes.
  • the heating elements are in thermal contact with the sub-coils, so that the heat generated by a quench in a sub-coil is also transmitted to other sub-coils.
  • a quench in a partial coil can thus be controlled in its propagation to the entire magnetic coil.
  • the diode circuits enable short-circuit currents, so that the partial coils are protected against current and voltage peaks with strong local temperature rises.
  • US Pat. No. 4,689,707 discloses a similar constructed quench-protection circuit with which a superconducting magnet coil or its shim coils can be quenched in a secure manner.
  • This circuit also includes heating elements and antiparallel diodes, which are arranged in parallel with partial coils.
  • the object is achieved by a superconducting magnet coil with a circuit for quenching protection according to claim 1 and by an MRI apparatus according to claim 10.
  • the inventive superconducting magnet coil with a circuit for quench protection comprises at least one diode which is arranged parallel to a part of the superconducting magnet coil, wherein the at least one diode is in thermal contact with the superconducting magnet coil.
  • the part of the superconducting magnet coil, to which the diode is connected in parallel can be protected from a voltage increase in a quench.
  • the polarity of the diode is selected such that the part of the magnetic coil is protected against an excessively high voltage which occurs when the current flowing through the magnetic coil decreases.
  • thermal contact between the at least one diode and the superconducting magnet coil is understood to be a thermal contact in which the amount of heat transferred from the current-carrying diode to the magnet coil is sufficient so that parts of the magnet coil are quenched.
  • Heating elements caused by the applied voltage would be minimized.
  • the circuit comprises at least one further diode, which is arranged in anti-parallel to the at least one diode.
  • the antiparallel arrangement of at least one further diode has the advantage that the parts of the magnet coil can also be protected against excessively high voltages, which would not be protected by the at least one diode.
  • a superconducting switch that closes the circuit so that current can circulate through the coil sections is not protected by the first diode from voltage surge. It is only by arranging a second diode in an antiparallel manner that the part of the circuit which is not protected by the first diode and which comprises the superconducting switch is also protected against excess voltage. By arranged to the first diode in antiparallel fashion further diode, the coil and optionally the superconducting switch are protected even if the coil - intentionally or accidentally - was charged with opposite polarity.
  • the at least one further diode is in thermal contact with the superconducting magnet coil. This allows better control of quench propagation in the solenoid. Likewise, a quench of the superconducting switch, which would also lead to a collapse of the magnetic flux, can be extended to the magnetic coil.
  • the thermal contact between the diode and the superconducting magnet coil is such that the thermal contact is a thermally conductive contact. This is understood to mean that the majority of the heat which is transferred from the diode to the magnet coil is transmitted via a heat conduction.
  • the at least one diode and / or the at least one further diode contact the superconducting magnet coil via an electrical insulator.
  • the electrical insulator prevents current from the circuit of the magnetic coil would pass into the diode in a normal conducting operation of the solenoid coil.
  • the insulator may be made of plastic, e.g. made of polyimide (Kapton®) or polytetrafluoroethylene (Teflon®), or else of a crystalline structure, e.g. Mica.
  • plastic e.g. made of polyimide (Kapton®) or polytetrafluoroethylene (Teflon®), or else of a crystalline structure, e.g. Mica.
  • the at least one diode and / or the at least one further diode are disc-shaped.
  • Such diodes are flat and have a large cross-sectional area over which relatively large amounts of heat energy are released in a short time and transmitted to the magnetic coil. you can.
  • these diodes can be applied constructively favorable to the solenoid.
  • the electrical insulator via which the diode makes contact with the magnetic coil, is advantageously disc-shaped. In this way it is achieved that the heat transfer from a diode to the magnetic coil takes place efficiently despite the intervening insulator layer.
  • a further layer of a thermally conductive material is located between the insulator and the superconducting magnet coil.
  • Part of the superconducting magnetic coil can be produced. This is particularly useful when the solenoid coil - as usual - includes several sub-coils.
  • the diode can be mounted, for example, in the vicinity of a partial coil. So that the diode not only brings this partial coil to quench, but also others, the heat given off by the diode can also be conducted via the layer of thermally conductive material to other partial coils.
  • the layer of thermally conductive material only needs to be dimensioned correspondingly large, so that it also contacts other partial coils. This can be accomplished particularly easily if the sub-coils are spatially adjacent.
  • spatially separated partial coils can also be thermally coupled with one another when the layer of thermally conductive material is applied in a bridge-like construction.
  • a possible thermally conductive material is suitable, e.g. Copper.
  • the further layer of thermally conductive material is at least partially surrounded by a heat insulator.
  • the heat insulator may be a plastic, for example fiber-reinforced epoxy resin or polytetrafluoroethylene (Teflon®) and causes the layer of thermally conductive material in the event of a quench a better heat transfer. Transmission takes place between parts of the magnetic coil, since the layer of thermally conductive material is thermally shielded from the liquid helium. There is no insulation at the contact points of the layer of thermally conductive material to the magnetic coil.
  • the MRI device according to the invention is equipped with a superconducting magnet coil with a quench protection circuit described above.
  • FIG. 2 shows a superconducting magnet coil consisting of two partial coils with two diodes connected in antiparallel, one diode of which is in thermal contact with the two partial coils, FIG.
  • FIG. 3 shows a superconducting magnet coil consisting of two partial coils with two diode chains connected in antiparallel, all diodes of which are in thermal contact with a partial coil,
  • FIG. 4 shows a superconducting coil consisting of six partial coils according to the switching principle shown in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a section of a superconducting magnet coil, which comprises a plurality of partial coils, with antiparallel diode chains, of which the diodes are each in thermal contact with a plurality of partial coils
  • Fig. 6 shows the structure of a diode and the contact point to a partial coil element for producing a thermal contact
  • Fig. 7 shows the structure of a diode and the contact point to two partial coil elements for producing a thermal contact of the diode to the two partial coil elements.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a superconducting magnet coil with two antiparallel connected diodes.
  • a diode circuit operating according to the principle presented below was used in the Helicon type cryomagnet from Siemens AG. Although this magnetic coil comprises, in contrast to the structure presented here, a plurality of spatially separated partial coils and a plurality of diodes connected in parallel thereto; however, the basic structure is the same.
  • Main component of the magnetic coil Ia is a partial coil 3, with which the main magnetic field is generated.
  • the superconducting switch 5 is, as shown here, in the closed state.
  • the superconductive conductor wires are usually made of a niobium-titanium alloy or a niobium-tin alloy with a copper cladding, so that they are superconducting at an operating temperature of liquid helium (4.2 ° K).
  • the second diode 9 protects the superconductive switch 5 from voltage overshoots. Due to the antiparallel arrangement of the first diode 7 and the second diode 9, the magnetic coil Ia is also protected even if the magnetic coil Ia - was accidentally or deliberately - charged with an opposite polarity.
  • the solenoid Ia When the solenoid Ia is put into operation, current must be supplied to the superconducting wires of the solenoid Ia, which is generally referred to as charging the solenoid Ia.
  • the superconducting switch 5 which closes the circuit of the solenoid Ia in the charged state, opened and an external power source is connected via mechanical connectors 11 to the solenoid Ia.
  • the magnetic coil Ia can be discharged or reloaded.
  • Diodes 7, 9 is chosen so that it is greater than the applied voltage. This prevents the charging current from flowing through the diodes 7, 9. If resistors were used in place of the two diodes 7, 9, these would indeed also offer protection against excessively high voltages, but current would flow through the resistors during removal, recharging or charging of the magnetic coil Ia, and these would heat up would lead to a cost-causing evaporation of helium.
  • the structure presented here with a parallel or antiparallel circuit of diodes proves to be problematic if the superconducting magnet coil comprises several partial coils.
  • a quench of a sub-coil does not transfer to the other sub-coils, so on the one hand, the one sub-coil is exposed to high thermal stress, and on the other hand, the quench was spread asymmetrically.
  • the magnet coil Ib shown here comprises two spatially separated, series-connected partial coils 3a, 3b. Parallel to the partial coils 3a, 3b, a first diode 7 and a second diode 9 are connected in antiparallel arrangement. The two diodes 7, 9 correspond in their operation to the diodes described in FIG.
  • the first diode 7 is designed so that it is in thermal contact with both partial coils 3a, 3b, which is indicated in FIG. 2 (and also in FIGS. 3 to 5) by the double arrows 13. If, for example, the first partial coil 3a quenches, due to the change in the current flow, a voltage is induced which, given a suitable choice of the first diode 7, is so great that it lies above the breakdown voltage. This results in a current flow through the first diode 7. By this current flow, the first diode heats 7 and transmits, since it is also in thermal contact with the second coil part 3b, and the second coil part 3b above the transition temperature.
  • the second partial coil 3b can also be quenched and vice versa.
  • the quench now takes place in a symmetrical manner, which has advantages the distribution of emerging eddy currents and lateral displacement forces conditional.
  • a following calculation will illustrate the example of a silicon diode, which heat output can be generated in a quench of the silicon diode.
  • the thermal contact in which the partial coils 3a, 3b are connected to the diode 7, is a heat-conducting contact. This is understood to mean that the major part of the heat energy, which is transmitted from a current-carrying diode to the magnet coil Ib, is transmitted by means of heat conduction and not by heat radiation or by convection.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the circuit in the case of a magnet coil Ic, which comprises two partial coils 3a, 3b.
  • two antiparallel-connected diode chains 17, 19 are arranged instead of the first and second diode 7, 9 of FIG.
  • diodes 7a, 7b; 9a, 9b in a diode chain 17; 19 can increase the forward voltage so that a higher voltage can be applied for charging the partial coils 3a, 3b.
  • each of the two diode chains 17, 19 each comprises two diodes 7a, 7b; 9a, 9b, which are each in thermal contact with one of the two partial coils 3a, 3b.
  • the magnetic current will flow through the first diode chain 17.
  • all the diodes 7a, 7b of the first diode chain 17 are heated and cause the respective thermally connected partial coils 3a, 3b to quench, so that the quench from the first partial coil 3a also propagates to the second partial coil 3b.
  • the magnetic current had a polarity, that in a quench, the second diode chain 19 would flow through the magnetic current.
  • the magnetic coil Id shown here comprises six partial coils 3a ... 3f.
  • Such a magnet coil Id is often used in an MRI apparatus for generating a homogeneous main magnetic field.
  • FIG. 5 shows a further possibility of inducing a quench propagation, represented on a section of a magnetic coil Ie comprising a plurality of partial coils 3b... 3d.
  • the exemplarily picked out diodes 7c, 9c of the two diode chains 17 '', 19 '' in contrast to the embodiment shown in Fig. 4 not only with a partial coil in thermal contact, but with several partial coils 3b ... 3d.
  • the number of partial coils 3b ... 3d, with which the diodes 7c, 9c are in thermal contact is not necessarily limited to three.
  • the diodes 7c, 9c are in thermal contact with respectively adjacent partial coils 3b... 3d, since this can be achieved in a constructive manner in a simple manner, as described below in FIG. However, this is not absolutely necessary.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the thermal contact point between a silicon diode 21 and a superconducting coil 23.
  • the silicon layer 25 of the silicon diode 21 is applied to a support plate 27, which may for example consist of molybdenum.
  • a layer 29 of metal, for example made of silver via which an electrical lead 31 contacts the silicon diode 21.
  • a further electrical supply line 33 contacts the silicon diode 21 via the carrier plate 27.
  • pressure can be applied via the layer 29, so that the diode
  • the electrical leads 31, 33 to the silicon diode 21 are normally conductive.
  • the insulator 35 may consist of a thermally conductive plastic, for example of polyimide (Kapton®) or polytetrafluoroethylene (Teflon®) or even from crystalline structures such as mica.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the thermal contact point with which thermal energy of the silicon diode 21 can be transmitted to more than one partial coil 23, 23 '.
  • a further layer 37 of a good heat conducting material such as copper, which is so large that it contacts more than one coil 23, 23'. This ensures that, when the silicon diode 21 is heated, the heat energy is conducted to all the coils 23, 23 'which are contacted by the further layer 37 of heat-conducting material.
  • the heat insulating material 39 may be a plastic, for example fiber-reinforced epoxy resin or polytetrafluoroethylene (Teflon®), and causes a further layer 37 of thermally conductive material in the case of a quenches a further layer 37 made of a thermally conductive material better heat transfer between the sub-coils 23, 23 'takes place, since the further layer 37 of thermally conductive material is thermally shielded from the environment of cold helium. At the contact points of the further layer 37 of thermally conductive material to the sub-coils 23 and 23 'and the silicon diode 21 is no isolation.
  • Particularly spatially adjacent coils can be contacted.
  • appropriate structural design for example via bridge-like constructions, but also not adjacent coils are thermally contacted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quenchschutz, wobei die Schaltung zumindest eine Diode (7; 7a ... 7f) umfasst, die zu einem Teil (3a, 3b; 3a ... 3f) der supraleitenden Magnetspule (lb ... le) parallel angeordnet ist, und wobei die zumindest eine Diode (7; 7a ...7f) in thermischem Kontakt zur supraleitenden Magnetspule (lb ... le) steht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein MRT-Gerät mit einer derartigen supraleitenden Magnetspule (lb ... le) .

Description

Beschreibung
Supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quench- schutz sowie ein MRT-Gerät damit
Die Erfindung betrifft eine supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quenchschutz, wie sie insbesondere bei Magnet-Resonanz-Tomographie-Geräten (im Folgenden als MRT-Geräte bezeichnet) eingesetzt wird, sowie ein MRT-Gerät mit einer derartigen Magnetspule.
Wie bekannt, kann eine Magnetspule aus einem supraleitenden Material im supraleitenden Zustand betrieben werden, wenn sich die Magnetspule in einer sehr kalten Umgebung, wie bei- spielsweise in einem mit flüssigem Helium gefüllten Kryotank, befindet. Im supraleitenden Zustand besitzen die Spulendrähte praktisch keinen Widerstand mehr, sodass zur Aufrechterhaltung eines Stromflusses in der Magnetspule und damit auch zur Aufrechterhaltung des von der Magnetspule erzeugten Magnet- feldes keine Energie benötigt wird. Der Stromfluss selbst wird in der Spule vor Inbetriebnahme des Magneten aktiv während eines sogenannten Ladevorganges eingespeist. Derartige Kryomagneten haben weite Verbreitung bei MRT-Geräten gefunden .
Ein MRT-Kryomagnet umfasst gewöhnlicherweise mehrere in Serie geschaltete, supraleitende Teilspulen, die räumlich getrennt sind und sich in einem mit flüssigem Helium gefüllten Kryotank befinden. Der Kryotank ist wiederum zwecks Kühlung von Kälteschilden umgeben und in einem Vakuumkessel angeordnet.
Unter einem Quench eines supraleitenden Magneten wird ein Vorgang verstanden, bei dem aus verschiedenen Gründen ein Teil der supraleitenden Magnetspule seine supraleitende Ei- genschaft verliert und normalleitend wird, d.h. leitend mit einem von null verschiedenen Widerstand. Durch den elektrisch nicht verschwindenden Widerstand ändert sich der Stromfluss in der Magnetspule und das von ihr aufgebaute magnetische Feld bricht zusammen. Der Zusammenbruch des magnetischen Feldes bedingt eine Reihe von Vorgangen, von de- nen jeder für sich ein Problem mit sich bringt.
Zum einen wird durch den Zusammenbruch des Magnetfeldes die darin gespeicherte Energie frei. Praktisch die gesamte Energie wird in thermische Energie umgewandelt, und zwar in den normalleitenden Bereichen der Spulendrahte. Wenn nur ein kleiner Bereich der Magnetspule, beispielsweise nur eine Teilspule, normalleitend wird, kann dies dazu fuhren, dass die freiwerdende Energie in dem lokal begrenzten Bereich in thermische Energie umgewandelt wird, was wiederum zu einer starken lokalen Uberhitzung fuhrt, die Bestandteile des Kryo- magneten schadigen kann. Das Risiko einer lokalen Uberhitzung wird üblicherweise dadurch verringert, dass bei einem Quench auf kontrollierte Weise die gesamte Magnetspule in den normalleitenden Zustand gebracht wird, sodass sich die thermi- sehe Energie auf die gesamte thermische Masse der Magnetspule verteilt .
Zum anderen entstehen durch das sich ändernde Magnetfeld in der Magnetspule und in anderen leitenden Bauteilen des MRT- Gerätes Wirbelstrome, die wiederum mit dem Magnetfeld wechselwirken, sodass Bauteile des MRT-Gerates betrachtlichen Kräften ausgesetzt sind. Um seitliche Verschiebungskrafte möglichst gering zu halten, ist man bestrebt, den Abbau des Magnetfeldes bei einem Quench möglichst in symmetrischer Wei- se erfolgen zu lassen, d.h. die Magnetspule des MRT-Gerates möglichst symmetrisch zum Quenchen zu bringen.
Weiterhin ändert sich der Stromfluss I in kurzer Zeit relativ stark. Dadurch werden hohe Spannungen in der Magnetspule mit einer Induktivität L gemäß dem Zusammenhang L- (θl/θt) erzeugt. Ohne weitere Schutzmaßnahmen können diese Spannungs- uberhohungen zu Schaden an der Spule und/oder an der Isolation der Spule fuhren. Eine Möglichkeit, oben beschriebene Probleme zu vermeiden, ist der Einsatz von Widerständen zur kontrollierten Ausbreitung des Quenches. Hierbei werden über die gesamte Spule - typischerweise im oberen Bereich der Wicklung - Widerstände angebracht, die üblicherweise parallel zu den Leiterspulen geschaltet sind. Bei einem Quench, der mit einer von null verschiedenen Spannung entlang der Leiterdrähte einhergeht, werden die Widerstände von Strom durchflössen. Durch ihre Strahlungswärme bringen sie die jeweils nächsten Wicklungen zum Quenchen. Gleichzeitig reduzieren die Widerstände die bei einem Quench entstehenden hohen Spannungen. Weiterhin wird durch eine geschickte Verschaltung der Widerstände eine möglichst symmetrische Ausbreitung des Quenches erreicht.
Die Verwendung von Widerständen löst zwar die Probleme, die bei einem Quench auftreten können; allerdings bringt die Verwendung von Widerständen auch Nachteile, die sich vornehmlich während der Phase des Auf- und Entladens der Magnetspulen zeigen. Beim Aufladen beispielsweise wird zur Induktion des Stromflusses eine Spannung an die Magnetspule angelegt. Ein Teil dieser Spannung induziert einen Stromfluss durch die Widerstände, sodass eine (wenn auch geringe) Erwärmung der Widerstände auftritt, was zu einem Verdampfen eines Teils des Heliums führt. Neben erhöhten Kosten durch das verdampfende Helium können dabei auch Quenche auftreten. Die Erwärmung kann zwar durch Verwendung höherohmiger Widerstände reduziert werden, allerdings birgt die Verwendung höherohmiger Widerstände wiederum die Gefahr höherer Spannungsausschläge bei einem Quench.
Bei Kryomagneten vom Typ Helicon, wie sie von der Firma Siemens hergestellt wurden, wird dieses Problem umgangen, indem an Stelle von Widerständen kalte Dioden, die parallel und an- tiparallel zu den Teilspulen geschaltet sind, verwendet werden. Unter einer kalten Diode wird hierbei eine Diode - beispielsweise eine Siliziumdiode - verstanden, die auch im Temperaturbereich von flüssigem Helium betrieben werden kann. Die dort verwendeten Dioden erfüllen zwar die Aufgabe, den Kryomagneten bei einem Quench vor Spannungsüberhöhungen zu schützen und gleichzeitig bei einem Auf- bzw. Entladen der Magnetspulen die Wärmeerzeugung zu minimieren. Allerdings ist die verwendete Anordnung der Dioden nicht dafür geeignet, einen Quench zu steuern oder in seiner Ausbreitung symmetrisch zu halten.
Weiterhin existieren Quenchschutz-Schaltungen, in denen Wi- derstände und Dioden miteinander kombiniert werden, wie sie z.B. in der US 6,147,844 beschrieben sind. In derartigen Schaltungen sind resistive Heizelemente zusammen mit antiparallelen Dioden jeweils parallel zu Teilspulen geschaltet. Die Heizelemente stehen im thermischen Kontakt zu den Teil- spulen, sodass die durch einen Quench in einer Teilspule erzeugte Wärme auch zu anderen Teilspulen übertragen wird. Ein Quench in einer Teilspule kann somit in seiner Ausbreitung auf die gesamte Magnetspule gesteuert werden. Weiterhin werden durch die Diodenschaltungen Kurzschlussströme ermöglicht, sodass die Teilspulen vor Strom- und Spannungsüberhöhungen mit starken lokalen Temperaturanstiegen geschützt sind.
In der US 4,689,707 ist eine ähnliche aufgebaute Quench- schutz-Schaltung offenbart, mit der eine supraleitende Mag- netspule bzw. deren Shim-Spulen auf sichere Weise gequencht werden können. Auch diese Schaltung umfasst Heizelemente und antiparallele Dioden, die parallel zu Teilspulen angeordnet sind.
Beide gezeigten Schaltungen erscheinen jedoch durch die Verwendung unterschiedlicher elektrischer und elektronischer Bauelemente vergleichsweise aufwändig in der Herstellung.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine supraleitende Magnet- spule mit einer Schaltung zum Quenchschutz, bei der mit einer einfachen, kostengünstig herzustellenden Schaltung oben geschilderte Probleme bei einem Quench und beim Auf- bzw. Entladen des Magneten vermieden werden können. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein MRT-Gerät mit einer derartigen supraleitenden Spule anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quenchschutz gemäß Anspruch 1 sowie durch ein MRT-Gerät gemäß Anspruch 10 gelöst.
Die erfindungsgemäße supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quenchschutz umfasst zumindest eine Diode, die zu einem Teil der supraleitenden Magnetspule parallel angeordnet ist, wobei die zumindest eine Diode in thermischem Kontakt zur supraleitenden Magnetspule steht.
Mit einer derartigen Schaltung kann der Teil der supraleiten- den Magnetspule, zu dem die Diode parallel geschaltet ist, vor einer Spannungsüberhöhung bei einem Quench geschützt werden. Die Polarität der Diode ist dabei so gewählt, dass der Teil der Magnetspule gegen eine Spannungsüberhöhung, die bei einem abnehmenden Stromfluss in der Magnetspule auftritt, ge- schützt wird.
Wenn in dem Teil der Magnetspule, zu dem die Diode parallel geschaltet ist, ein Quench auftritt, wird dies üblicherweise aufgrund des in relativ kurzer Zeit stark abnehmenden Strom- flusses eine Spannung an dem Teil der Spule gemäß L- (θl/θt) erzeugen (L ... Induktivität des Teils der Spule, I ... Stromfluss) . Diese Spannung ist aufgrund der raschen Abnahme des Stromflusses üblicherweise so groß, dass die Durchbruchspan- nung der Diode überschritten wird. Dies bedeutet, dass ein großer Teil des Magnetstromes durch die Diode fließt und diese erwärmen wird. Dadurch, dass die Diode in thermischem Kontakt mit der supraleitenden Magnetspule steht, wird die thermische Energie, die beim Durchfließen der Diode entsteht, ausgenutzt, um andere, noch supraleitende Teile der Magnet- spule zum Quenchen zu bringen. Ein Quench kann dadurch kontrolliert auf weitere Teile der Magnetspule ausgedehnt werden . Eine Abschätzung, welche Wärmeenergie von einer stromdurch- flossenen Diode abgegeben werden kann, findet sich im Ausführungsbeispiel .
Aus oben Gesagtem ist ersichtlich, dass unter einem thermischen Kontakt zwischen der zumindest einen Diode und der supraleitenden Magnetspule ein thermischer Kontakt verstanden wird, bei dem die von der stromdurchflossenen Diode zur Magnetspule übertragene Wärmemenge ausreichend ist, sodass Teile der Magnetspule zum Quenchen gebracht werden.
Dadurch, dass die Quenchausbreitung nun mit Dioden, anstatt wie bisher üblich, mit resistiven Heizelementen kontrolliert wird, sind darüber hinaus Heliumverluste beim Auf-, Ent- oder Umladen der Magnetspule, die bei Erwärmung der resistiven
Heizelemente durch die anliegende Spannung entstehen würde, minimiert .
In bevorzugter Weise umfasst die Schaltung zumindest eine weitere Diode, die zu der zumindest einen Diode antiparallel angeordnet ist. Die antiparallele Anordnung zumindest einer weiteren Diode bringt den Vorteil mit sich, dass auch die Teile der Magnetspule vor Spannungsüberhöhungen geschützt werden können, die durch die zumindest eine Diode nicht ge- schützt wären.
Wenn beispielsweise eine erste Diode parallel zu den Teilspulen der Magnetspule geschaltet ist, um die Teilspulen zu schützen, ist ein supraleitender Schalter, der den Stromkreis schließt, sodass Strom durch die Teilspulen zirkulieren kann, durch die erste Diode vor Spannungsüberhöhungen nicht geschützt. Erst durch die Anordnung einer zweiten Diode in antiparalleler Weise ist auch der Teil des Stromkreises, der von der ersten Diode nicht geschützt ist und der den supra- leitenden Schalter umfasst, vor Spannungsüberhöhungen geschützt . Durch die zur ersten Diode in antiparalleler Weise angeordnete weitere Diode sind die Spule und gegebenenfalls der supraleitende Schalter auch dann geschützt, wenn die Spule - absichtlich oder versehentlich - mit entgegengesetzter Polari- tat aufgeladen wurde.
Vorteilhafterweise steht die zumindest eine weitere Diode in thermischem Kontakt zur supraleitenden Magnetspule. Dadurch lässt sich eine bessere Kontrolle der Quenchausbreitung bei der Magnetspule erreichen. Ebenso lässt sich ein Quench des supraleitenden Schalters, der ebenso zu einem Zusammenbruch des Magnetflusses führen würde, auf die Magnetspule ausdehnen .
Bevorzugterweise ist der thermische Kontakt zwischen Diode und supraleitender Magnetspule dergestalt, dass der thermische Kontakt ein wärmeleitender Kontakt ist. Hierunter wird verstanden, dass der Hauptteil der Wärme, die von der Diode auf die Magnetspule übertragen wird, über eine Wärmeleitung übertragen wird.
Bevorzugterweise kontaktieren die zumindest eine Diode und/oder die zumindest eine weitere Diode die supraleitenden Magnetspule über einen elektrischen Isolator. Der elektrische Isolator verhindert, dass bei einem normalleitenden Betrieb der Magnetspule Strom aus dem Stromkreis der Magnetspule in die Diode übertreten würde.
Der Isolator kann dabei beispielsweise aus Kunststoff, z.B. aus Polyimid (Kapton®) oder Polytetrafluorethylen (Teflon®) bestehen, oder aber auch aus einer kristallinen Struktur wie z.B. Glimmer .
Bevorzugterweise sind die zumindest eine Diode und/oder die zumindest eine weitere Diode scheibenförmig aufgebaut. Derartige Dioden sind flach und haben eine große Querschnittsfläche, über die vergleichsweise große Mengen an Wärmeenergie in kurzer Zeit abgegeben und auf die Magnetspule übertragen wer- den können. Zudem können diese Dioden konstruktiv günstig auf der Magnetspule aufgebracht werden.
Dementsprechend ist in vorteilhafter Weise auch der elektri- sehe Isolator, über den die Diode die Magnetspule kontaktiert, scheibenförmig ausgebildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Wärmeübertragung von einer Diode auf die Magnetspule trotz der sich dazwischen befindlichen Isolatorschicht effizient stattfindet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform befindet sich zwischen dem Isolator und der supraleitenden Magnetspule eine weitere Schicht aus einem wärmeleitenden Material. Mit Hilfe der Schicht aus wärmeleitendem Material kann nun ein wärme- leitender Kontakt zwischen einer Diode und einem größeren
Teil der supraleitenden Magnetspule hergestellt werden. Dies ist besonders nützlich, wenn die Magnetspule - wie üblich - mehrere Teilspulen umfasst. Hier kann die Diode beispielsweise in der Nähe einer Teilspule angebracht werden. Damit die Diode nicht nur diese Teilspule zum Quenchen bringt, sondern auch andere, kann die von der Diode abgegebene Wärme über die Schicht aus wärmeleitendem Material auch zu anderen Teilspulen geleitet werden. Hierfür muss die Schicht aus wärmeleitendem Material lediglich entsprechend groß dimensioniert werden, sodass sie auch andere Teilspulen kontaktiert. Besonders einfach lässt sich dies bewerkstelligen, wenn die Teilspulen räumlich benachbart sind. Aber auch räumlich getrennte Teilspulen lassen sich thermisch miteinander koppeln, wenn die Schicht aus wärmeleitendem Material in einer brückenarti- gen Konstruktion angebracht wird. Als mögliches wärmeleitendes Material eignet sich z.B. Kupfer.
Bevorzugterweise ist die weitere Schicht aus wärmeleitendem Material zumindest teilweise von einem Wärmeisolator umgeben. Der Wärmeisolator kann dabei ein Kunststoff sein, beispielsweise faserverstärktes Epoxydharz oder Polytetrafluorethylen (Teflon®) und bewirkt, dass mit der Schicht aus wärmeleitendem Material im Falle eines Quenches eine bessere Wärmeüber- tragung zwischen Teilen der Magnetspule stattfindet, da die Schicht aus wärmeleitendem Material gegenüber dem flüssigem Helium thermisch abgeschirmt ist. An den Kontaktstellen der Schicht aus wärmeleitendem Material zur Magnetspule befindet sich keine Isolierung.
Das erfindungsgemäße MRT-Gerät ist mit einer supraleitenden Magnetspule mit einer oben beschriebenen Schaltung zum Quenchschutz ausgestattet.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine aus einer Teilspule bestehende supraleitende Magnetspule mit zwei antiparallel geschalteten Dioden,
Fig. 2 eine aus zwei Teilspulen bestehende supraleitende Mag- netspule mit zwei antiparallel geschalteten Dioden, von denen eine Diode im thermischen Kontakt zu den zwei Teilspulen steht,
Fig. 3 eine aus zwei Teilspulen bestehende supraleitende Mag- netspule mit zwei antiparallel geschalteten Diodenketten, von denen alle Dioden im thermischen Kontakt zu je einer Teilspule stehen,
Fig. 4 eine aus sechs Teilspulen bestehende supraleitende Spule nach dem in Fig. 3 gezeigten Schaltprinzip,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus einer supraleitenden Magnetspule, die mehrere Teilspulen umfasst, mit antiparallelen Diodenketten, von denen die Dioden jeweils mit mehreren Teilspulen im thermischen Kontakt stehen, Fig. 6 den Aufbau einer Diode und der Kontaktstelle zu einem Teilspulenelement zur Herstellung eines thermischen Kontaktes, und
Fig. 7 den Aufbau einer Diode und der Kontaktstelle zu zwei Teilspulenelementen zur Herstellung eines thermischen Kontaktes der Diode zu den zwei Teilspulenelementen.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer supraleitenden Magnetspule mit zwei antiparallel geschalteten Dioden.
Eine nach dem im Folgenden vorgestellten Prinzip arbeitende Diodenschaltung wurde bei dem Kryomagneten vom Typ Helicon der Firma Siemens AG eingesetzt. Diese Magnetspule umfasst zwar im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Aufbau mehrere räumlich voneinander getrennte Teilspulen und mehrere hierzu parallel geschaltete Dioden; der prinzipielle Aufbau ist jedoch der gleiche.
Hauptbestandteil der Magnetspule Ia ist eine Teilspule 3, mit der das Hauptmagnetfeld erzeugt wird. Wenn sich die Magnetspule Ia in bereits aufgeladenem Zustand befindet, kreist der Strom in den widerstandsfreien, supraleitenden Leiterdrähten ohne Verlust. Der supraleitende Schalter 5 ist dabei, wie hier dargestellt, im geschlossenen Zustand. Die supraleitenden Leiterdrähte bestehen üblicherweise aus einer Niob-Titan- Legierung oder aus einer Niob-Zinn-Legierung mit einer Kup- ferummantelung, sodass sie bei einer Betriebstemperatur von flüssigem Helium (4,2°K) supraleitend sind.
Wenn ein Teil der Magnetspule Ia quencht, d.h. wenn ein Teil der Magnetspule Ia normalleitend mit endlichem Widerstand wird, ändert sich die Stromstärke I relativ stark innerhalb von kurzer Zeit, sodass gemäß L- (θl/θt) (L ... Induktivität der Magnetspule) an den Leiterdrähten der Magnetspule Ia eine vergleichsweise hohe Spannung anliegt. Diese Spannungsüberhöhung kann zu einer Beschädigung der Leiterdrähte, insbesondere deren Isolation aus Kupfer, führen. Diesem Problem kann begegnet werden, indem parallel zur Teilspule 3 eine erste Diode 7 geschaltet ist, deren Polarität so gewählt ist, dass sie im Falle eines Zusammenbrechens des Stromflusses die entstehende Spannung begrenzt. Antiparallel zur ersten Diode 7 ist eine zweite Diode 9 geschaltet. Bei einem Quench schützt die zweite Diode 9 den supraleitenden Schalter 5 vor Spannungsüberhöhungen. Durch die antiparallele Anordnung der ersten Diode 7 und der zweiten Diode 9 ist die Magnetspule Ia weiterhin auch dann geschützt, wenn die Magnetspule Ia - versehentlich oder absichtlich - mit einer entgegengesetzten Polarität aufgeladen wurde.
Wenn die Magnetspule Ia in Betrieb genommen wird, muss Strom in die supraleitenden Drähte der Magnetspule Ia eingespeist werden, was im Allgemeinen auch als Aufladen der Magnetspule Ia bezeichnet wird. Hierfür wird der supraleitende Schalter 5, der den Stromkreis der Magnetspule Ia im aufgeladenen Zustand schließt, geöffnet und eine externe Stromquelle wird über mechanische Steckverbindungen 11 an die Magnetspule Ia angeschlossen. In analoger Weise kann die Magnetspule Ia entladen oder umgeladen werden.
Beim Aufladen wird an die Steckverbindungen 11 eine Spannung definierter Größe gelegt. Die Durchlassspannung der beiden
Dioden 7, 9 ist dabei so gewählt, dass sie größer als die angelegte Spannung ist. So wird verhindert, dass der Ladestrom über die Dioden 7, 9 fließt. Würden an Stelle der beiden Dioden 7, 9 Widerstände verwendet, so würden diese zwar auch ei- nen Schutz vor Spannungsüberhöhungen bieten, allerdings würde bei einem Ent-, Um- oder Aufladen der Magnetspule Ia Strom durch die Widerstände fließen und diese erwärmen, was zu einem Kosten verursachenden Verdampfen von Helium führen würde.
Der hier vorgestellte Aufbau mit einer parallelen bzw. antiparallelen Schaltung von Dioden erweist sich jedoch als problematisch, wenn die supraleitende Magnetspule mehrere Teilspulen umfasst. Bei einer derartigen Magnetspule kann es mit einer derartigen Schaltung geschehen, dass sich ein Quench einer Teilspule nicht auf die anderen Teilspulen übertragt, sodass einerseits die eine Teilspule einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist, und sich andererseits der Quench unsymmetrisch ausbreiten wurde.
Anhand von Fig. 2 ist das Prinzip der Erfindung an einer supraleitenden Magnetspule Ib mit zwei Teilspulen 3a, 3b erläutert.
Die hier gezeigte Magnetspule Ib umfasst zwei raumlich voneinander getrennte, in Serie geschaltete Teilspulen 3a, 3b. Parallel zu den Teilspulen 3a, 3b sind eine erste Diode 7 und eine zweite Diode 9 in antiparalleler Anordnung geschaltet. Die beiden Dioden 7, 9 entsprechen in ihrer Funktionsweise den in Fig. 1 beschriebenen Dioden.
Im Unterschied hierzu ist die erste Diode 7 jedoch so ausgebildet, dass sie im thermischen Kontakt zu beiden Teilspulen 3a, 3b steht, was in Fig. 2 (und auch in Fig. 3 bis Fig. 5) durch die Doppelpfeile 13 angedeutet ist. Wenn nun beispielsweise die erste Teilspule 3a quencht, wird aufgrund der Änderung des Stromflusses eine Spannung induziert, die bei geeigneter Wahl der ersten Diode 7 so groß ist, dass sie über der Durchbruchspannung liegt. Daraus resultiert ein Stromfluss durch die erste Diode 7. Durch diesen Stromfluss erwärmt sich die erste Diode 7 und übertragt, da sie auch in thermischem Kontakt mit der zweiten Teilspule 3b steht, auch die zweite Teilspule 3b über die Sprungtemperatur.
Auf diese Weise lasst sich bei einem Quench der ersten Teilspule 3a auch die zweite Teilspule 3b quenchen und umgekehrt. Zum einen bedeutet dies, dass die Energie des zusammenbrechenden Magnetfeldes sich auf beide Teilspulen 3a, 3b ver- teilt, was zu einer geringeren thermischen Belastung der beiden Teilspulen 3a, 3b fuhrt. Zum anderen findet der Quench nun auf eine symmetrische Weise statt, was Vorteile bezuglich der Verteilung entstehender Wirbelströme und seitlicher Verschiebungskräfte bedingt.
Eine nun folgende Rechnung soll am Beispiel einer Siliziumdi- ode verdeutlichen, welche Wärmeleistung bei einem Quench von der Siliziumdiode erzeugt werden kann. Wird die Siliziumdiode bei Temperatur von flüssigem Helium betrieben, also bei Temperaturen von 4,2°K, besitzt die Siliziumdiode eine Durchlassspannung von 3 V und mehr. Wenn durch einen Quench die Durchbruchspannung erreicht wird, sodass die Siliziumdiode von Strom durchflössen wird, wird sie schlagartig warm und besitzt dann die bekannte Durchlassspannung von 0,7 V (bei Raumtemperatur) . Wenn durch die Magnetspule ein Strom von 100 A fließt, fließt zu Beginn des Quenches dieser Strom auch durch die Siliziumdiode und erzeugt eine Wärme von ca. 70 W (=0,7 V • 100 A) . Diese Wärme ist ein Vielfaches der zur Quenchauslösung notwendigen Energie, sodass mit dieser Wärme bei geeigneter konstruktiver Ausführung des thermischen Kontaktes mehrere Teilspulen zum Quenchen gebracht werden kön- nen.
Ausgestaltungen dieser konstruktiven Anordnung sind später anhand Fig. 6 und Fig. 7 beschrieben. Der thermische Kontakt, in dem die Teilspulen 3a, 3b mit der Diode 7 stehen, ist da- bei ein wärmeleitender Kontakt. Hierunter wird verstanden, dass der Hauptteil der Wärmeenergie, die von einer strom- durchflossenen Diode auf die Magnetspule Ib übertragen wird, mittels Wärmeleitung und nicht durch Wärmestrahlung bzw. durch Konvektion übertragen wird.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltung bei einer Magnetspule Ic, die zwei Teilspulen 3a, 3b umfasst.
Hier sind anstelle der ersten und zweiten Diode 7, 9 aus Fig. 2 zwei antiparallel geschaltete Diodenketten 17, 19 angeordnet. Anhand der Verwendung mehrerer Dioden 7a, 7b; 9a, 9b in einer Diodenkette 17; 19 kann die Durchlassspannung erhöht werden, sodass zum Aufladen der Teilspulen 3a, 3b eine höhere Spannung angelegt werden kann.
In dem hier gezeigten Beispiel umfasst jede der beiden Dio- denketten 17, 19 je zwei Dioden 7a, 7b; 9a, 9b, die jeweils mit einer der beiden Teilspulen 3a, 3b in thermischem Kontakt stehen .
Wenn nun beispielsweise die erste Teilspule 3a quencht, wird - falls die entstehende Spannung größer als die Durchbruch- spannung der ersten Diodenkette 17 ist - der Magnetstrom durch die erste Diodenkette 17 fließen. Hierbei werden alle Dioden 7a, 7b der ersten Diodenkette 17 erwärmt und bringen die jeweils thermisch verbundenen Teilspulen 3a, 3b zum Quen- chen, sodass sich der Quench von der ersten Teilspule 3a auch auf die zweite Teilspule 3b ausbreitet. Gleiches würde geschehen, wenn der Magnetstrom eine Polarität hätte, dass bei einem Quench die zweite Diodenkette 19 vom Magnetstrom durchflössen würde.
In Fig. 4 ist eine Konstruktion analog zu Fig. 3 gezeigt. Die hier gezeigte Magnetspule Id umfasst sechs Teilspulen 3a ... 3f . Eine derartige Magnetspule Id wird oft bei einem MRT- Gerät zur Erzeugung eines homogenen Hauptmagnetfeldes einge- setzt. Hier umfassen die beiden Diodenketten 17'; 19' jeweils sechs Dioden 7a ... 7f; 9a ... 9f, von denen jede in thermischem Kontakt mit jeweils einer der Teilspulen 3a ... 3f steht.
Wenn nun eine der Teilspulen 3a ... 3f quencht, überträgt sich der Quench analog zu dem bei Fig. 3 beschriebenen Mechanismus auf die anderen Teilspulen, sodass die gesamte Magnetspule Id zum Quenchen gebracht wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass lediglich ein Teil der Magnetspule Id quencht, was einerseits zu einer höheren thermischen Belastung dieses Teiles führen würde und andererseits aufgrund einer stark unsymmetrischen Induktion von Wirbelströmen zu starken seitlichen Verschiebungskräften führen würde. Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Induktion einer Quenchausbreitung, dargestellt an einem Ausschnitt aus einer mehrere Teilspulen 3b ... 3d umfassenden Magnetspule Ie.
Hier stehen die exemplarisch herausgegriffenen Dioden 7c, 9c der beiden Diodenketten 17'', 19'' im Gegensatz zu dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht nur mit einer Teilspule in thermischem Kontakt, sondern mit mehreren Teilspulen 3b ... 3d. Dabei ist die Zahl der Teilspulen 3b ... 3d, mit denen die Dioden 7c, 9c in thermischem Kontakt stehen, nicht notwendigerweise auf drei beschränkt.
Günstigerweise stehen die Dioden 7c, 9c in thermischem Kontakt mit jeweils benachbarten Teilspulen 3b ... 3d, da sich dies konstruktiv auf einfache Weise realisieren lässt, wie nachfolgend in Fig. 7 beschrieben. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der thermischen Kontakt- stelle zwischen einer Siliziumdiode 21 und einer supraleitenden Spule 23.
Die Siliziumschicht 25 der Siliziumdiode 21 ist auf einer Trägerplatte 27 aufgebracht, die beispielsweise aus Molybdän bestehen kann. Auf der Siliziumschicht 25 befindet sich eine Schicht 29 aus Metall, beispielsweise aus Silber, über die eine elektrische Zuleitung 31 die Siliziumdiode 21 kontaktiert. Eine weitere elektrische Zuleitung 33 kontaktiert die Siliziumdiode 21 über die Trägerplatte 27. Gleichzeitig kann über die Schicht 29 Druck ausgeübt werden, sodass die Diode
21 fest auf der Spule 23 aufsitzt. Die elektrischen Zuleitungen 31, 33 zur Siliziumdiode 21 sind normalleitend.
Zwischen der Siliziumdiode 21 und der Spule 23 ist eine Schicht aus einem Isolator 35 angeordnet. Der Isolator 35 kann dabei aus einem wärmeleitenden Kunststoff bestehen, beispielsweise aus Polyimid (Kapton®) oder Polytetrafluorethylen (Teflon®) oder aber auch aus kristallinen Strukturen wie z.B. Glimmer .
Mit dieser Anordnung wird sichergestellt, dass bei einem Stromfluss durch die Siliziumdiode 21 und einem damit verbundenen Erwärmen der Siliziumdiode 21 die Wärmeenergie zur Spule 23 übertragen wird.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der thermischen Kontaktstelle, mit der sich Wärmeenergie der Siliziumdiode 21 auf mehr als eine Teilspule 23, 23' übertragen lässt.
Hierfür befindet sich zwischen dem Isolator 35 und den Spulen 23, 23' eine weitere Schicht 37 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Kupfer, die so groß ist, dass sie mehr als eine Spule 23, 23' kontaktiert. Dadurch wird gewährleistet, dass bei einer Erwärmung der Siliziumdiode 21 die Wärmeenergie auf alle Spulen 23, 23' geleitet wird, die von der weiteren Schicht 37 aus wärmeleitendem Material kon- taktiert werden.
Um die weitere Schicht 37 aus einem wärmeleitenden Material befindet sich ein Wärmeisolator 39. Der Wärmeisolator 39 kann dabei ein Kunststoff sein, beispielsweise faserverstärktes Epoxydharz oder Polytetrafluorethylen (Teflon®) und bewirkt, dass mit der weiteren Schicht 37 aus wärmeleitendem Material im Falle eines Quenches eine bessere Wärmeübertragung zwischen den Teilspulen 23, 23' stattfindet, da die weitere Schicht 37 aus wärmeleitendem Material gegenüber der Umgebung aus kaltem Helium thermisch abgeschirmt ist. An den Kontaktstellen der weiteren Schicht 37 aus wärmeleitendem Material zu den Teilspulen 23 und 23' und zur Siliziumdiode 21 befindet sich keine Isolierung.
Besonders einfach lassen sich dabei räumlich benachbarte Spulen kontaktieren. Bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung, beispielsweise über brückenartige Konstruktionen, kön- nen aber auch nicht benachbarte Spulen thermisch kontaktiert werden .

Claims

Patentansprüche
1. Supraleitende Magnetspule mit einer Schaltung zum Quench- schutz, wobei die Schaltung zumindest eine Diode (7; 7a ... 7f) um- fasst, die zu einem Teil (3a, 3b; 3a ... 3f) der supraleitenden Magnetspule (Ib ... Ie) parallel angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine Diode (7; 7a ... 7f) in thermischem Kontakt zur supraleitenden Magnetspule (Ib ... Ie) steht.
2. Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schaltung zumindest eine weitere Diode (9; 9a ... 9f) umfasst, die zu der zumindest einen Diode (7; 7a ... 7f) antiparallel angeordnet ist.
3. Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine weitere Diode (9; 9a ... 9f) in thermischem Kontakt zur supraleitenden Magnetspule (Ib ... Ie) steht.
4. Supraleitende Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der thermische Kontakt ein wärmeleitender thermischer Kontakt ist.
5. Supraleitende Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine Diode (21) und/oder die zumindest eine weitere Diode (21) die supraleitende Magnetspule (23) über einen elektrischen Isolator (35) kontaktiert.
6. Supraleitende Magnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zumindest eine Diode (21) und/oder die zumindest eine weitere Diode (21) scheibenförmig aufgebaut sind.
7. Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektrische Isolator (35) scheibenförmig aufgebaut ist .
8. Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem elektrischen Isolator (35) und der supraleitenden Magnetspule (23) eine weitere Schicht (37) aus wärmeleitendem Material angeordnet ist.
9. Supraleitende Magnetspule nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die weitere Schicht (37) aus wärmeleitendem Material zumindest teilweise von einem Wärmeisolator (39) umgeben ist.
10. MRT-Gerät mit einer supraleitenden Magnetspule (Ib ... Ie) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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