[發明專利]一種核磁共振超導磁體失超保護裝置

有效

• 申請號: 201210202216.7
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102751699A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 陳順中;李毅;戴銀明;王厚生;王秋良
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02H5/00
• 分類號: H02H5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種針對超導磁體失超的保護裝置，特別涉及用于高磁場核磁共振成像系統中的超導磁體在失超時不被損壞的保護裝置。

背景技術

用于超導磁體的超導體只有在滿足特定條件（如溫度、磁場、電流密度）時才能體現超導特性。一旦條件被破壞，超導體將會發生失超。超導體的一小部分不再是超導態，并進入電阻狀態。任何流經該電阻部分的電流都會導致局部焦耳發熱。這將導致該超導體的鄰近部分失超，結果形成更大的電阻體積，這又導致進一步焦耳發熱。

超導磁體的失超過程是儲存在超導體內的電磁能量向熱能的轉化過程。如果超導磁體失超后熱能在整個磁體內均勻釋放，引起的熱點溫升要比熱能在超導磁體內局部釋放時低得多，因此一旦檢測到超導磁體內出現失超信號，應盡可能使超導磁體儲存的能量在整個磁體內均勻釋放或者通過回路將其能量消耗在外電阻上。實際上超導磁體的失超總是從局部開始的，即所謂的點擾動。超導磁體的失超事件具有很大的隨機性，失超傳播是非常復雜的物理過程。

高磁場核磁共振超導磁體一般指中心磁場大于7T。通常將中心場高于7T的核磁共振磁體稱為高磁場核磁共振磁體。高磁場核磁共振超導磁體一般由多組主線圈和一組補償線圈組成，每組線圈繞制在同一個線圈骨架上。多組主線圈由內到外同軸組裝在一起，補償線圈同軸套裝在主線圈的最外層。高磁場核磁共振超導磁體的各組線圈之間有著很強的電磁耦合，但各組線圈之間的熱耦合卻很差。高磁場核磁共振超導磁體運行時，其內部的儲能密度非常高。最有效的保護方法就是通過擴展失超過程來避免有害的熱量集中，使熱量盡可能均勻消耗在整個超導磁體上。如果超導磁體在某一線圈的局部發生失超后，迅速擴展到整個超導磁體，導致全部失超，就意味著沒有一個部分會達到危險溫度。

高磁場核磁共振超導磁體為有效地降低失超后的熱點溫度一般使用分段保護。高磁場核磁共振超導磁體是由相互分離多組線圈同軸組合而成，各組線圈之間除了電磁耦合外，沒有熱耦合。因此當中某一線圈失超時可能產生鄰近的線圈電流快速增大，其失超線圈的能量快速轉移到非失超線圈中，引起鄰近線圈產生的電磁應力快速增大，使超導線圈的電流增加較高的一段線圈失超，線圈因熱量沒有均勻釋放而被燒壞。為了克服這種電流急劇升高，引起線圈的機械不穩定性以及熱量過于集中燒壞線圈的問題，在各組線圈表面安裝加熱器使得超導線圈提前失超，將超導磁體的能量均勻釋放在整個超導磁體之中。

傳統的分段失超保護系統中，各組線圈表面安裝的加熱器分別串聯在某一分段回路或某幾個分段回路中。通過分段回路中的分流電流來給加熱器提供能量，使加熱器發熱從而觸發相應的線圈失超。由于失超的出現具有隨機性，各個分段回路中出現分流電流的時間和大小會隨最先發生失超的線圈不同而發生較大的變化。因此各組線圈被觸發失超的時序就具有隨機性，很難控制。對于高磁場核磁共振超導磁體各組線圈之間電磁耦合很強，而且儲能密度很高，這種不受控制的失超加速過程仍然會導致某組線圈感應電流過大，或者溫升過高。

發明內容

本發明的目的是克服已知的失超保護系統在應用于高磁場核磁共振超導磁體保護中所產生上述缺陷，提出一種新的失超保護裝置。

本發明所適用的超導磁體由多組主線圈和一組補償線圈串聯組成，超導磁體的所有主線圈和一組補償線圈同軸沿徑向排列且沒有熱接觸。超導磁體兩端并聯有主超導開關，以實現超導磁體的持久模式運行。

本發明的失超保護裝置由多路主線圈分流電路和一路補償線圈分流電路組成。其中主線圈分流電路的數量與超導磁體中的主線圈組數相同，超導磁體的每組主線圈兩端并聯一個主線圈分流電路。超導磁體的補償線圈兩端并聯一個補償線圈分流電路。

超導磁體的每組線圈都裝有緊密熱接觸的加熱器，可以通過在超導磁體的每組線圈的外表面粘貼加熱器來實現線圈與加熱器的緊密熱接觸。其中，超導磁體的每組主線圈的外表面分別粘貼一個加熱器，這些加熱器稱為主線圈加熱器，所有主線圈加熱器電氣串聯在一起形成加熱器組件。補償線圈外表面粘貼與主線圈組數相同數量的加熱器，這些加熱器稱為補償線圈加熱器。

本發明提出的主線圈分流電路由一個二極管對串聯一個補償線圈加熱器組成。補償線圈分流電路由一個二極管對串聯所述的加熱器組件組成。所述的二極管對由背靠背反并聯方式連接的兩個二極管組成。