在偶尔的闲置模式下运行的超导磁体制造技术

披露了方法和系统，这些方法和这些系统用于在超导磁体系统未被使用时节能并且用于减少使系统重新建立运行条件所需的时间。传统上，在未激活时间间隔中，磁体线圈的温度不允许升高，并且该系统保持开启在运行条件下。这导致浪费大量能量来用于将磁体线圈保持在低温温度下。将系统关闭绝不是一个选项，因为重新建立运行条件是非常耗时且昂贵的。本披露提供的方法和系统允许系统闲置在高于磁体线圈预期运行温度的温度下，这引起了显著节省。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年4月18日提交的标题为“在偶尔的闲置模式下运行的超导磁体”的美国临时专利申请61/813,442的申请日的权益，在此根据35U.S.C.§119(e)要求此临时专利申请的申请日。
本申请总体上涉及磁体。更确切地，本申请涉及在操作超导磁体时的节能方法。附图说明在与以下说明结合考虑时，出于便利于理解寻求保护的主题的目的，呈现以下附图。图1示出了在液氦池中的超导磁体的示意图。图2示出了无冷冻剂超导磁体的示意图。具体实施方式虽然本披露是参照在此描述的若干展示性实施例来描述的，但应该清楚的是，本披露不应限于这类实施例。因此，在此提供的这些实施例的说明和对磁共振成像(MRI)系统的参考是利用超导磁体的系统的实例，并且仅展示了本披露，并且不应限制本披露所要求保护的范围。本领域技术人员将理解的是，所披露的方法可应用于使用超导磁体的许多其他系统。简要而言，披露了一种方法和一种系统，该方法和该系统用于通过使磁体放电并且将其温度保持在磁体的临界温度与环境温度之间来在超导磁体未使用时保持许多超导磁体适当冷来节能。传统上，即便超导磁体系统暂时(无论一个周末或一个月)未被激活使用，也不允许“冷物质”(被限定为以低于线圈的临界温度来运行的线圈和结构部件)上升高于超导磁体系统的超导线圈的临界温度。MRI扫描仪用于生物医学研究以及对人类疾病和障碍的诊断。由MRI扫描仪进行成像需要在特定体积上的非常均匀、恒定且稳定的磁场。常规地，这种磁场(通常被称为B0场)是通过永磁体或超导磁体产生的。对于人类应用，使用永磁体的MRI装置通常产生小于0.5T的B0磁场，并且对于在动物方面的研究，其产生的磁场小于1.5T。对于较高分辨率的成像，超导磁体需要产生更高的磁场。超导B0磁体使用的线圈必须维持在低于超导线圈的临界温度的低温温度下。常规地，为了实现这种目的，超导MRI磁体的线圈在将线圈保持为约4.2K的接近1大气压下在沸腾液氦池/浴中运行。典型地，液氦填充了氦容器的一部分，并且其余部分是允许通风至环境大气的氦蒸气。如在图1中示出的，氦容器被辐射屏蔽物围绕，并且氦容器和围绕的辐射屏蔽物两者均放置在外部容器内部。外部容器包括一定的真空空间。容器、辐射屏蔽物、液氦容器、和某些其他部分被称为“低温恒温器”。低温恒温器将通向氦容器的热传递减小并使之最小化。但是不可避免地，存在通过以下各项而通向氦容器并且最终通向液氦浴的热传递：1)通过低温恒温器、辐射屏蔽物、和氦容器的结构构件的传导；2)辐射；以及3)在真空空间中的剩余部分压力。传递至液氦浴的热量自然将液氦保持为沸腾状态并因此持续产生通风至大气的氦蒸气。在某些超导磁体(所谓的零蒸发系统)中，所蒸发的氦气被低温冷却器重新冷凝成液氦并且返回至液氦浴。与其名称(零蒸发)相反，重新冷凝不是100％的，而是有一些氦蒸气通风至大气。在线圈被放置在液氦浴中的超导磁体中，无论磁体是否具有零蒸发类型，液氦的温度基本上是恒定的，因为液氦浴处于其沸点，并且仅当所有或多数液氦蒸发时才可能改变温度。对于使用液氦的超导磁体，低温恒温器的目标是将液氦以通向大气的最少损耗来维持在其容器中。不存在具有在相当高出沸腾液氦的温度的任何温度下的线圈的动机。因为如果温度升高，将没有液氦保留在容器中，并且超导线圈将需要放电或被允许淬火。在这种情况下，为了返回到运行条件，人们需要用液氦重新填充氦容器，这需要相当大的努力。同样，因为在常规MRI系统中的超导磁体运行在持久模式下并且保持充电，因此在任何时候对其放电没有益处的。MRI超导磁体仅被放电来服务磁体。这些磁体的充电和放电需要大量时间和努力并通常尽可能长时间的避免。为了实现恒定的磁场，MRI系统的超导磁体运行在所谓的持久模式下，其中电流通过被多个超导接头串联连接的一组超导线圈来循环以形成超导环路。此外，为了达到持久模式，该组线圈需要具有持久开关。例如在《超导磁体》(M.N.威尔逊，牛津大学出版社，纽约，纽约(1983))第十一章中描述了持久模式运行的原理。存在以直流(DC)模式运行的许多其他超导磁体，例如在核磁共振(NMR)光谱学或粒子加速器中使用的那些超导磁体，这些超导磁体优选地运行在持久模式下。总之，常规的超导磁体(例如MRI超导磁体)通过其在液氦池中的多个线圈来保持充电。再次，不存在增加线圈的温度和对这些系统进行放电的动机，因为对于增加这些线圈的温度和对这些磁体进行放电存在显著的不利后果。即使在零蒸发系统中，也不存在减慢低温冷却器的动机，因为这么做将增加氦蒸气通风穿过低温恒温器的速度。并且如果限制通风，则在氦容器内的压力将增加并且将具有严重的后果。因此，习惯上，这种系统的使用者保留其系统开启，即使在其系统保持闲置时。对以上讨论的液氦冷却超导磁体的种类的替代方案是无冷冻剂(CF)超导磁体的种类。CF超导磁体通过一个或多个两级低温冷却器(也被称为低温制冷机)，该一个或多个两级低温冷却器与磁体系统的多个选择部分产生物理接触并且通过传导提取热量。这种冷却方法通常被称为无冷冻剂冷却或传导冷却。由两级低温冷却器提供的冷却(移除热量)的量对于第一级可以是几十瓦特，从而例如达到30°开氏温度至60°开氏温度的温度，并且对于第二级可以是几瓦特，从而例如达到3°开氏温度至10°开氏温度。如果要维持所希望的温度，从环境传递至超导磁体的热量(也被称为热量泄漏)的量应该减少或低于低温冷却器的冷却容量。典型地，CF超导磁体包括若干部分，包括真空容器、辐射屏蔽物、机械支撑结构、电连接、各种传感器、阀门、以及由超导线制成的线圈。图2示出了无冷冻剂超导磁体的示意图。为了使超导磁体适当运行并且产生所需要的磁场，由超导线制成的线圈(超导线圈)、结构、将这些线圈保持在一起的连接的温度需要保持低于超导线圈的临界温度。与液氦冷却的超导磁体类似，在CF超导磁体中，这些超导线圈、结构、和将这些线圈保持在一起的连接可以被称为“冷物质”。对冷物质的对流热传递是通过去除可能围绕冷物质的气体(例如空气)来减小的。可以通过将冷物质容纳在真空腔室之内来去除空气。辐射热传递是通过将冷物质容纳在辐射屏蔽物之内来减小的，该辐射屏蔽物进而被容纳在该真空腔室中。辐射屏蔽物被低温冷却器的第一级冷却至例如30°开氏温度至60°开氏温度的温度，并且通常在面朝真空腔室的侧面上被若干个反射隔离层(通常被称为“超级隔离”)覆盖。将传导冷却的系统与液氦冷却系统区分的事实是，传导冷却系统的冷物质和因此的其超导线圈在真空中运行，并且可以允许传导冷却的系统的线圈的温度增加而不具有与处理液氦或氦蒸气相关联的不利后果。根据在此申请中披露的方法，CF超导磁体(例如在MRI系统中的那些CF超导磁体)即使当其未被使用时也不需要保持在给定温度下或者保持充电。为了达到“闲置模式”，这些磁体被放电，并且通过使低温冷却器在较低的冷却容量下工作或甚至停止一段时间而允许增加其冷物质的温度，这进而节省了否则将被低温冷却器使用的一些能量。为了准备根据本专利技术的闲置模式，超导磁体通过将其存储的能量传递至磁体之外的热交换器并且通过使低温冷却器在较低的冷却容量下运转来进行放电。在所披露的闲置模式中，线圈的温度虽然高于超导临界温度，但不允许上升高至室温。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁共振成像(MRI)系统，该磁共振成像系统被配置成用于偶尔保持在闲置模式下，该系统包括：一个磁体线圈，该磁体线圈被配置成用于在所希望的低温温度下运行作为超导磁体；一个冷却器，该冷却器被配置成用于将该磁体线圈冷却至所希望的低温温度；可控地使该磁体线圈至少部分地放电；以及一个控制部件，该控制部件用于可控地使该磁体线圈放电、并且在该闲置模式期间用于控制冷物质的闲置模式温度、并且将冷物质温度可控地维持在该低温温度与该系统的环境温度之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 US 14/191,2221.一种磁共振成像(MRI)系统，该磁共振成像系统被配置成用于偶尔保持在闲置模式下，该系统包括：一个磁体线圈，该磁体线圈被配置成用于在所希望的低温温度下运行作为超导磁体；一个冷却器，该冷却器被配置成用于将该磁体线圈冷却至所希望的低温温度；可控地使该磁体线圈至少部分地放电；以及一个控制部件，该控制部件用于可控地使该磁体线圈放电、并且在该闲置模式期间用于控制冷物质的闲置模式温度、并且将冷物质温度可控地维持在该低温温度与该系统的环境温度之间。2.如权利要求1所述的系统，其中该控制部件是手动的、软件编程的、硬件实现的、或可编程的。3.如权利要求1所述的系统，其中该超导磁体运行在持久模式下。4.如权利要求1所述的系统，其中该超导磁体运行在被动模式下。5.如权利要求1所述的系统，其中该冷却器是低温冷却器。6.一种闲置超导磁体系统的方法，该方法包括：任选地使多个磁体线圈至少部分地放电；使该系统的一个低温恒温器的第一级温度增加第一希望量；并且使该系统的冷物质的第二级温度增加第二希望量，其中该冷物质的第二级最终温度大于用于操作该超导磁体系统的一个预期温度并且小于该超导磁体系统的环境温度。7.如权利要求6所述的方法，其中该第一级和该第二级增加的温度被结合成一个单级。8.如权利要求6所述的方法，其中这些磁体线圈不放电或部分地放电，...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉希米·沙西，
申请(专利权)人：普拉希米·沙西，
类型：发明
国别省市：美国;US