王存航 发表于 2014-7-20 13:10:46

超导磁共振系统中的低温技术(序)

为了按上述规律励磁,磁体电源对输出功率的控制一般都实行双重限制,就是即限定输出电压,又限制输出电流。这样做的另一个好处,就是使建立磁场的操作安全可靠。行动态监测;彻底清理现场,移走磁体附近的一切铁磁性物质,并准备好专用的无磁工具;在磁体室外张贴(悬挂)危险标志,防止装有心脏起搏器等体内植入物的病人误入等。
励磁一旦结束,就可通过超导开关切断供电电源,以后强大的电流便在超导线圈中永无休止地流动起来(超导线所允许的电流密度比普通铜线高出几十至上百倍,火材根粗细的导体便可通过200~300A的电流),从而产生高稳定度的磁场。超导物理中把这种工作状态称作持续电流模式(persistent Mode).据推算,磁共振成像用磁体的持续电流时间常数大约为(1000年).因此、可以认为线圈中的电流是永不衰减的。磁共振波谱仪对磁体的电流衰减速度要求更为严格,即每小时的衰减不超过10—8.
由于超导体存在所谓磁通跳跃(Flux Flow)的特性,在持续电流模式刚刚建立的几天内会出现明显的磁场衰减。最典型的数值是,最初的几个小时内磁场强度会以每小时百万分之一的速率递减,并逐渐地接近其稳定值。由于每一个磁体内部的微细结构有所不同,这一效应的作用时间也就不同,因而磁场的精确稳定值常常是难于预料的。
二、失超及其原因

1、失超的概念
    所谓失超 (Quench, 过去曾有人译为猝熄),就是超导体因某种原因突然失去超导特性而进入正常态的过程。超导体是在极高的电流密度下工作的,又处于超低环境。因此,像一般系统的稳定性和机械应力一样,失超永远是超导体的一个严重问题。

2、失超的简单过程
    失超的基本过程是电磁能量转换为热能的过程。如果他所产生的热能在整个磁体是均匀分布的,那就不会引起任何问题。但事实上磁能在线圈绕组周围的传播是不均匀的,因而从微观上讲失超总是从第一点开始,然后将欧姆热通过热传导方式向外扩散。温度的升高是线圈局部出现失常区(转为正常态),即此处的线圈有了电阻。线圈局部电阻的出现,又是磁体电流下降。可见失超的发生是一个不可逆的过程,因为失超又会加热超导线圈,形成反馈。这一过程中,失超开始点总是经受最高温度。此局部温升有可能烧焦线圈的绝缘或融化超导体,甚至塤坏整个磁体。
人们可能认为,在失超过程中磁体两端会出现高电压。实际上几乎所有的压降都发生在线圈的内部,因为线圈内部电感上的电压和电阻(失超的结果)上的电压是反向的。失超时,这种出现在线圈内部失超区的电压常达几百甚至上千伏,可使匝间产生电弧。一般来说,超导磁体,尤其是MRI的磁体都采取了有效地失超保护措施,失超后上述危害不一定发生,但是失超所产生的热量却足于使磁体内的数千升液氦在数分钟内剧烈蒸发。

sto6 发表于 2019-1-26 22:41:14

谢谢分享!“火柴”根粗细的导体便可通过200~300A的电流。

天天三餐白米饭 发表于 2019-4-25 14:23:41

谢谢楼主分享!
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