СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТ С КРИОГЕННЫМ ТЕРМИЧЕСКИМ БУФЕРОМ Российский патент 2019 года по МПК H01F6/04 

ОБЛАСТЬ ИЗОББРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройству сверхпроводящего магнита и к системе магниторезонансной томографии, включающей в себя такое устройство сверхпроводящего магнита.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области сверхпроводящих магнитов известно использование технологии охлаждения с небольшим, или даже полным отсутствием криогенной жидкости, такой как жидкий гелий. Сверхпроводящие магниты этого типа часто называются «бескриогенными магнитами» и обладают очевидным преимуществом, состоящим в малом содержании или потреблении гелия. Однако, из-за отсутствия резервуара с криогенной жидкостью, способность к термической буферизации бескриогенного магнита ограничена. В Патенте США 5 410 286 раскрыт сверхпроводящий магнит, охлаждаемый криогенным охладителем, с термическим буферным комплектом, находящимся в контакте с магнитным картриджем, который включает в себя сверхпроводящий провод. Этот известный термический буферный комплект связан через газоразрядную систему проходящего газа с источником He и с окружающим воздухом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Является желательным обеспечение бескриогенного сверхпроводящего магнита с повышенной способностью к термической буферизации при криогенных температурах.

В одном аспекте настоящего изобретения, задача достигается с помощью устройства сверхпроводящего магнита, включающего в себя:

- по меньшей мере, одну катушечную обмотку из сверхпроводящего провода, обладающего критической температурой, сконфигурированную для генерирования статического магнитного поля,

в котором, по меньшей мере, одна катушечная обмотка выполнена с возможностью установления теплопроводящего контакта с холодной головкой криогенного охладителя, который сконфигурирован для приведения и поддержания, по меньшей мере, одной катушечной обмотки при температуре ниже критической температуры, и

- по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер, который постоянно содержит некоторое количество гелия, при жидкостной изоляции, причем, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер находится в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одной катушечной обмоткой, для поглощения тепловой энергии от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии.

Фразу «постоянно содержащий», используемую в настоящей заявке, следует понимать, в частности, так, что, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер не содержит никакого обеспечения вентиляции какого-либо рода, вследствие чего после загрузки некоторого количества гелия никогда не изменяется в ходе срока службы газонепроницаемого контейнера. То есть, это количество гелия находится в газонепроницаемом контейнере при жидкостной изоляции от охлаждающих жидкостей (если они есть), которые используются для охлаждения сверхпроводящих проводов ниже критической температуры.

При криогенных температурах, например, ниже 10 K, удельная теплоемкость (т.е., теплоемкость на единицу массы) газообразного гелия превышает удельные теплоемкости большинства металлов на много порядков величины (например, для алюминия, примерно в 30000 раз при 4 K).

При нагреве до комнатной температуры, это количество гелия будет формировать избыточное давление, которое должно передаваться газонепроницаемому контейнеру. Например:

Загрузка 1 кг/м³ гелия приводит к давлению газа 6 бар при 300 K, и к изменению энтальпии 5 кДж/м³ при 4-5K. При 4K, заполнение газом составляет 100%.

Загрузка гелия на 10 кг/м³ приводит к давлению газа 64 бар при 300K, и к изменению энтальпии 50 кДж/м³ при 4-5K. При 4K, загрузка газа составляет 100%.

Загрузка гелия на 100 кг/м³ приводит к давлению газа 866 бар при 300 K и к изменению энтальпии 500 кДж/м³ при 4-5K. При 4K, загрузка становится сверхкритической.

Таким образом, в подходящем варианте воплощения, при избыточной теплоемкости, обеспечиваем, по меньшей мере, одним газонепроницаемым контейнером, для таких событий, как перебои электроснабжения, перебои охлаждения жидкого криогенного охладителя, техническое обеспечение криогенного охладителя или устранимая неисправность криогенного охладителя, может быть достигнуто существенное количество времени питания от резервного источника. Тем самым, при возникновении любого такого события, можно избежать линейного снижения характеристик статического магнитного поля в качестве меры предосторожности, и последующего продолжительного линейного подъема статического магнитного поля, генерируемого устройством сверхпроводящего магнита.

Является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер содержал некоторое количество гелия, которое эквивалентно загрузке сжатым газообразным гелием при 50-500 бар при комнатной температуре.

Кроме того, избыточная теплоемкость, обеспечиваемая, по меньшей мере, одним газонепроницаемым контейнером, может предусматривать временное превышение холодопроизводительности холодной головки криогенного охладителя. В результате, холодопроизводительность холодной головки криогенного охладителя может быть спроектирована не для максимальной тепловой нагрузки, генерируемой, например, в ходе временной эксплуатации компонента, а скорее для тепловой нагрузки, усредненной при постоянном времени. Постоянное время определяют по избыточной теплоемкости, по меньшей мере, одного газонепроницаемого контейнера и теплопроводности на пути от источника теплообразования, по меньшей мере, для одного газонепроницаемого контейнера. Таким образом, для той же цели можно использовать криогенный охладитель с более низкой холодопроизводительностью, чем, по меньшей мере, без одного контейнера газового типа.

В предпочтительном варианте воплощения устройство сверхпроводящего магнита дополнительно содержит по меньшей мере, один сверхпроводящий элемент, отличный, по меньшей мере, от одной катушечной обмотки и имеет критическую температуру, причем, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер имеет жидкостную изоляцию и находится в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим элементом для поглощения тепловой энергии от него, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии. Фраза «сверхпроводящий элемент», используемая в данной заявке, должна, в частности, охватывать другие сверхпроводящие катушечные обмотки, сверхпроводящие соединения и сверхпроводящие переключатели. Таким образом, дополнительная теплоемкость может быть обеспечена, как, по меньшей мере, для одной катушечной обмотки, так и для другого сверхпроводящего элемента устройства сверхпроводящего магнита, которое критически зависит от охлаждения. Благодаря этому, может быть достигнут дополнительный запас надежности для предотвращения линейного снижения статического магнитного поля в качестве меры предосторожности при возникновении любого такого события, как перебои электроснабжения, перебои охлаждения жидкого криогенного охладителя, техническое обслуживание криогенного охладителя, устранимый отказ криогенного охладителя или любого другого события, которое ставит под угрозу сверхпроводящую функцию, по меньшей мере, одной катушечной обмотки и другого сверхпроводящего элемента.

В еще одном предпочтительном варианте воплощения, устройство сверхпроводящего магнита содержит, по меньшей мере, два газонепроницаемых контейнера, которые постоянно содержат некоторое количество гелия в жидкостной изоляции, причем один газонепроницаемый контейнер из двух газонепроницаемых контейнеров находится в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одной катушечной обмоткой для поглощения тепловой энергии от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии, а другой газонепроницаемый контейнер из двух газонепроницаемых контейнеров находится в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим элементом для поглощения тепловой энергии, по меньшей мере, с одного сверхпроводящего элемента, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии. Таким образом, обеспечена дополнительная теплоемкость, которая может быть в частности, спроектирована согласно отдельным требованиям по охлаждению сверхпроводящей катушечной обмотки в сверхпроводящем элементе, соответственно, путем изменения количества гелия, содержащегося, по меньшей мере, в двух газонепроницаемых контейнерах с собственными размерами.

В другом предпочтительном варианте воплощения, количество содержащегося гелия, т.е. загрузка, по меньшей мере, одного газонепроницаемого контейнера находится в диапазоне 25-35 кг/м³. В этом диапазоне загрузки, давление газа может составлять приблизительно 200 бар при комнатной температуре (примерно 300K). При температуре 4,2K, давление газа может составлять приблизительно 1 бар, а газонепроницаемый контейнер может содержать смесь жидкого и газообразного гелия. Таким путем, может быть обеспечено большее количество теплоемкости, благодаря использованию скрытой теплоты испарения этого количества жидкого гелия.

В еще одном предпочтительном варианте воплощения, устройство сверхпроводящего магнита содержит множество газонепроницаемых контейнеров, причем каждый газонепроницаемый контейнер из множества газонепроницаемых контейнеров содержит свое собственное количество гелия, причем газонепроницаемые контейнеры находятся в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одной, по меньшей мере, из одной катушечной обмотки и, по меньшей мере, с одним сверхпроводящим элементом, отличным, по меньшей мере, от одной катушечной обмотки. Таким путем, все сверхпроводящие элементы устройства сверхпроводящего магнита могут быть обеспечены дополнительной теплоемкостью при криогенных температурах ниже их критических температур, исходя из своих собственных требований по охлаждению. Может быть достигнут дополнительный запас надежности, для предотвращения линейного снижения статического магнитного поля в качестве меры предосторожности при возникновении любого такого события, как перебои электроснабжения, перебои охлаждения жидкого криогенного охладителя, техническое обслуживание криогенного охладителя, устранимый отказ криогенного охладителя, или любая другая угроза.

Является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер или газонепроницаемые контейнеры из множества газонепроницаемых контейнеров были по существу изготовлены из легкого металла. Фразу «по существу», используемую в настоящей заявке, следует, в частности, понимать как более 50%. Она, в частности, также охватывает случай, когда газонепроницаемый контейнер полностью (на 100%) изготовлен из легкого металла.

Фразу «легкий металл», используемую в настоящей заявке, следует, в частности, понимать как охватывающую металлы, обладающие удельной плотностью меньшей или равной 5,0 г/см³, более предпочтительно, меньшей или равной 3,0 г/см³. Примерами легких металлов являются титан и его сплавы, а также чистый алюминий и сплавы алюминия, содержащие, по меньшей мере, один из магния, лития и бериллия. В принципе, в качестве материала для газонепроницаемых контейнеров могут быть использованы и другие легкие металлы, которые представляются подходящими для специалиста в данной области техники.

В другом варианте воплощения, множество газонепроницаемых контейнеров поддерживается с помощью твердой матрицы. В одном варианте воплощения, некоторое количество гелия, содержащегося, по меньшей мере, в одном газонепроницаемом контейнере, может быть разделено по множеству газонепроницаемых контейнеров, поскольку отношение массы этого количества гелия и общей массы для множества газонепроницаемых контейнеров не зависит от размера газонепроницаемых контейнеров. В результате может быть получен композитный материал с очень высокой теплоемкостью при криогенных температурах, таких как менее 10K. Кроме того, благодаря такому композитному материалу может быть достигнута более быстрая термическая диффузия, поскольку тепло распространяется через материал меньшей толщины. Другое преимущество такого композитного материала состоит в том, что устройство сверхпроводящего магнита может попадать в более низкую категорию касательно требованиям по давлению в сосуде (в соответствии с производством газа по усмотрению и с объемом), вследствие чего трудозатраты, требуемые для достижения соответствия требованиям безопасности могут быть в этом отношении снижены.

В одном варианте воплощения, по меньшей мере, одна холодная головка криогенного охладителя имеет номинальную рабочую температуру 4K. В сочетании со свойствами гелия в температурном режиме, соответствующем примерно этой номинальной рабочей температуре, для устройства сверхпроводящего магнита может быть обеспечен эффективный тепловой буфер.

В другом аспекте настоящего изобретения обеспечен вариант воплощения одного из раскрытых устройств сверхпроводящего магнита или их сочетание, в котором, по меньшей мере, одна катушечная обмотка из сверхпроводящего провода находится в теплопроводящем контакте с холодной головкой криогенного охладителя, который сконфигурирован для приведения и поддержания, по меньшей мере, одной катушечной обмотки при температуре ниже критической температуры.

В одном варианте воплощения устройство сверхпроводящего магнита обеспечено для использования в качестве основного магнита системы магниторезонансной томографии и сконфигурировано для генерирования статического магнитного поля в исследуемом пространстве системы магниторезонансной томографии.

В еще одном аспекте настоящего изобретения обеспечена система магниторезонансной томографии, которая сконфигурирована для получения магниторезонансных изображений, по меньшей мере, с части объекта, представляющего интерес, и она содержит вариант воплощения одного из раскрытых устройств сверхпроводящего магнита или их сочетания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения станут ясными и будут освещены со ссылкой на варианты воплощения, описанные ниже. Однако, такие варианты воплощения не обязательно представляют полный объем изобретения, и поэтому следует обратиться к формуле изобретения, а сюда - для интерпретации объема изобретения.

На чертежах:

ФИГ. 1 показывает схематическую компоновку устройства сверхпроводящего магнита в соответствии с изобретением,

ФИГ. 2 схематически иллюстрирует детализированный чертеж устройства сверхпроводящего магнита, в соответствии с ФИГ. 1,

ФИГ. 3 иллюстрирует, соответственно, условия давления и энтальпию в зависимости от температуры в газонепроницаемом контейнере, постоянно содержащем гелий, при загрузке 30 кг/м³, и

ФИГ. 4 схематически иллюстрирует альтернативный вариант воплощения устройства сверхпроводящего магнита в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

ФИГ. 1 показывает схематический частичный вид системы 10 магниторезонансной томографии, содержащей устройство 14 сверхпроводящего магнита в соответствии с изобретением. Устройство 14 сверхпроводящего магнита включает в себя четыре круговых катушечных обмотки 16₁-16₄ (ФИГ. 2) из сверхпроводящего провода, состоящего из электрически изолированного сплава ниобий-титан, имеющего критическую температуру примерно 9,2K. Четыре катушечных обмотки 16₁-16₄ расположены перпендикулярно общей центральной оси 18. Устройство 10 сверхпроводящего магнита сконфигурировано для использования в качестве основного магнита системы 10 магниторезонансной томографии, и в частности, для генерирования статического магнитного поля B₀ в исследуемом пространстве 20 блока 12 сканера системы 10 магниторезонансной томографии, которая, в свою очередь, сконфигурирована для получения магниторезонансных изображений, по меньшей мере, с части объекта 22, представляющего интерес. Система 10 магниторезонансной томографии дополнительно включает в себя систему 24 катушки с магнитным градиентом, сконфигурированную для генерирования градиентные магнитные поля, наложенные на статическое магнитное поле B_0.

Кроме того, система 10 магниторезонансной томографии включает в себя устройство 28 радиочастотной антенны, сконструированное в качестве цилиндрическую катушку для измерения всего тела, которая обеспечена для приложения поля B₁ возбуждения радиочастоты к ядру атома или внутри объекта 22, представляющего интерес, для возбуждения магнитного резонанса в течение периодов времени передачи радиочастоты, для возбуждения ядра атома или внутри объекта 22, представляющего интерес, в целях магниторезонансной томографии. Для этой цели, подают радиочастотную мощность, регулируемую блоком 26 управления системы 10 магниторезонансной томографии, с радиочастотного передатчика 30 через переключатель 32 приема-передачи на катушку для всего тела. Катушка для всего тела имеет центральную ось, и в рабочем состоянии установлена концентрически в туннеле устройства сверхпроводящего магнита, вследствие чего центральная ось катушки для всего тела и центральная ось 18 устройства сверхпроводящего магнита совпадают. Как хорошо известно, между системой 24 катушки с магнитным градиентом и катушкой для всего тела концентрически установлен цилиндрический металлический радиочастотный экран 34.

Катушка для всего тела также обеспечена для приема магниторезонансных сигналов в ходе фаз приема радиочастоты от ядра атома или в части объекта 22, представляющего интерес, который был возбужден переданным радиочастотным полем B₁. Полученные магниторезонансные сигналы передаются от катушки для всего тела через переключатель 32 приема-передачи к блоку обработки сигналов блока 26 управления, который также сконфигурирован для регулирования дополнительных функций системы 10 магниторезонансной томографии. В рабочем состоянии системы 10 магниторезонансной томографии, фазы передачи радиочастоты и фазы приема радиочастоты протекают последовательно.

Кроме того, система 10 магниторезонансной томографии включает в себя стол 36 для пациента для поддержания объекта 22, представляющего интерес, и для размещения объекта 22, представляющего интерес, в исследуемом пространстве 20. Все эти компоненты системы 10 магниторезонансной томографии хорошо известны в области магниторезонансной томографии, и поэтому не будут ни обсуждаться более подробно, ни показаны на Фигурах в настоящей работе.

Как проиллюстрировано на ФИГ. 1 и на ФИГ. 2 на подробном изображении, устройство 14 сверхпроводящего магнита дополнительно содержит сверхпроводящие элементы 42₁-42₅, 44, отличные от четырех катушечных обмоток 16₁-16₄ из сверхпроводящего провода. Три сверхпроводящих элемента сконструированы в виде сверхпроводящих соединений 42_r42₃, которые соединяют концы различных катушечных обмоток у четырех катушечных обмоток 16₁-16₄, для обеспечения сверхпроводящей дорожки для течения электрического тока через все четыре катушечные обмотки 16₁-16₄. Один сверхпроводящий элемент сконструирован в виде сверхпроводящего переключателя 44, который электрически подключен параллельно двумя и более сверхпроводящими соединениями 42₄-42₅ к четырем сверхпроводящим катушечным обмоткам 16₁-16₄, для обеспечения работы сверхпроводящих катушечных обмоток 16₁-16₄ устройства 14 сверхпроводящего магнита в постоянном режиме, после линейного увеличения тока, подаваемого источником 52 электропитания через все четыре катушечные обмотки 16₁-16₄, как хорошо известно из уровня техники.

Известно, что сверхпроводящие переключатели и сверхпроводящие соединения обладают ухудшенными свойствами применительно сверхпроводимости, по сравнению с цельным сверхпроводящим проводом, и поэтому известно, что они требуют особого внимания с точки зрения охлаждения.

Четыре катушечных обмотки 16₁-16₄ из сверхпроводящего провода находятся в теплопроводящем контакте с холодной головкой 38 ступени криогенного охладителя типа Гифорда-Макмэна (ГМ) (ФИГ. 2), который широко используется в магниторезонансной томографии. Криогенный охладитель ГМ сконфигурирован для приведения четырех катушечных обмоток 16₁-16₄ из сверхпроводящего провода от комнатной температуры к номинальной рабочей температуре 4K и для поддержания их при этой номинальной рабочей температуре, которая находится намного ниже критической температуры сверхпроводящего провода.

Кроме того, устройство 14 сверхпроводящего магнита содержит множество газонепроницаемых контейнеров 40, которые полностью изготовлены из легкого металла, представляющего собой алюминий. Каждый газонепроницаемый контейнер 40 из множества газонепроницаемых контейнеров 40 постоянно содержит загрузку гелия в диапазоне примерно 25-35 кг/м³. Это было выполнено путем загрузки каждого из контейнеров 40 в открытом состоянии при комнатной температуре, через загрузочный патрубок сжатым газом, представляющим собой гелий, при давлении примерно 205 бар, с последующим обрезанием загрузочного патрубка.

Как указано на ФИГ. 2, каждый газонепроницаемый контейнер 40 из множества газонепроницаемых контейнеров 40 находится в теплопроводящем контакте, по меньшей мере, с одной из четырех катушечных обмоток 16₁-16₄ и/или с одним из сверхпроводящих элементов 42₁-42₅, 44, отличных от четырех катушечных обмоток 16₁-16₄, для поглощения тепла нагрева, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии.

ФИГ. 3 иллюстрирует, соответственно, условия давления и уровень энтальпии в зависимости от температуры в газонепроницаемых контейнерах 40, постоянно содержащих гелий, с загрузкой 30 кг/м³. Следует отметить, что, когда контейнеры 40 газового типа принимают тепло нагрева, температура и давление загрузки гелием возрастают. Логарифмическая шкала для уровня энтальпии показывает, что значительное количество тепла нагрева может быть принято контейнерами 40 газового типа.

Таким путем, может быть обеспечена большая теплоемкость при криогенных температурах в качестве термического буфера при возникновении таких событий, как перебои электропитания, перебои охлаждения жидкого криогенного охладителя, техническое обслуживание криогенного охладителя или устранимый отказ криогенного охладителя, а статическое магнитное поле B₀, генерируемое устройством 14 сверхпроводящего магнита, не приходится линейно снижать в качестве меры предосторожности.

Численный пример иллюстрирует преимущество изобретения: контейнер 40 газового типа объемом 13,2 л и с загрузкой гелия 30 кг/м³ постоянно содержит некоторое количество гелия, составляющее 400 г гелия, что приводит к теплоемкости примерно 5,0 кДж/К при температуре 4,2K (эквивалентно примерно 2500 кг стали). Пять таких контейнеров 40 газового типа могут обеспечить теплоемкость примерно 25,0 кДж/К при 4,2K, что эквивалентно 10 л жидкого гелия, теплоемкость которого подходит для эксплуатации бескриогенного устройства сверхпроводящего магнита.

ФИГ. 4 схематически иллюстрирует альтернативный вариант воплощения устройства сверхпроводящего магнита 46 в соответствии с изобретением. Устройство 46 сверхпроводящего магнита сконструировано так же, как и устройство 14 сверхпроводящего магнита согласно предыдущему варианту воплощения, за исключением конструкции контейнеров 48 газового типа. Поэтому, на ФИГ. 4 используются одни и те же номера ссылок для тех компонентов альтернативного варианта воплощения, которые идентичны предыдущему варианту воплощения устройства 14 сверхпроводящего магнита.

В альтернативном варианте воплощения множество газонепроницаемых контейнеров 48 имеют намного меньший размер, чем в предыдущем варианте воплощения, поддерживаемых материалом 50 твердой матрицы. Опять-таки, контейнеры 48 газового типа изготовлен из алюминия и постоянно содержат загрузку гелия в диапазоне примерно 25-35 кг/м³. Отношение массы содержащегося гелия и массы контейнера 48 газового типа без загрузки гелия не зависит от размера контейнера. Таким образом, те же предпочтительные свойства, относящиеся к теплоемкости при криогенных температурах, выполняются, как и в случае более крупных контейнеров 40 газового типа согласно предыдущему варианту воплощения. В дополнение, может быть достигнута большая термическая диффузия, поскольку тепло нагрева для достижения гелия должно распространяться через материал с меньшей толщиной.

Для твердой матрицы 50 используют эпоксидную смолу, и множество контейнеров 48 газового типа были размещены в эпоксидной смоле по существу равномерно, до того, как произошло ее отверждение. Для ослабления механических напряжений, эпоксидная смола может быть в дополнение загружена с некоторым материалом инертного наполнителя, таким как тонкоизмельченный кварцевый песок. За счет матрицы 50 из эпоксидной смолы, множество контейнеров 48 газового типа находятся в теплопроводящем контакте с четырьмя катушечными обмотками 16₁-16₄ и/или сверхпроводящими элементами 42₁-42₅, 44, отличными от катушечных обмоток 16₁-16₄, сконструированных в виде сверхпроводящего контактов 42₁-42₅ и сверхпроводящего переключателя 44.

Тогда как в численном примере согласно предыдущему варианту воплощения был упомянут типичный объем газонепроницаемых контейнеров 40 в диапазоне примерно 10 л, является предпочтительным, чтобы типичный объем газонепроницаемых контейнеров 48 в настоящем варианте воплощения находился в области примерно 0,1 л или менее.

Тогда как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать в качестве иллюстративных или примерных, а не ограничивающих; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами воплощения. Другие разновидности раскрытых вариантов воплощения могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при реализации заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественности. Сам факт, что определенные меры перечислены в различных, независимых друг от друга пунктов формулы изобретения, не указывает на то, что нельзя успешно использовать сочетание эти мер. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10 - система магниторезонансной томографии;

12 - блок сканера;

14 - устройство сверхпроводящего магнита№;

16 - катушечная обмотка;

18 - центральная ось;

20 - исследуемое пространство;

22 - объект, представляющий интерес;

24 - система катушки с магнитным градиентом;

26 - блок управления;

28 - устройство радиочастотной антенны;

30 - радиочастотный передатчик;

32 - переключатель приема-передачи;

34 - радиочастотный экран;

36 - стол для пациента;

38 - холодная головка;

40 - газонепроницаемый контейнер;

42 - сверхпроводящее соединение;

44 - сверхпроводящий переключатель;

46 - устройство сверхпроводящего магнита;

48 - газонепроницаемый контейнер;

50 - матрица;

52 - источник электропитания.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении термической буферизации при криогенных температурах. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита включает, по меньшей мере, одну катушечную обмотку (16₁-16₄) из сверхпроводящего провода для генерирования статического магнитного поля B₀, которая выполнена с возможностью установления теплопроводящего контакта с холодной головкой (38) криогенного охладителя, предназначенного для поддержания, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄) при температуре ниже критической температуры, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер (40; 48), который постоянно содержит некоторое количество гелия и находится в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одной катушечной обмоткой (16₁-16₄), для поглощения ее тепловой энергии, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии. Система (10) магниторезонансной томографии предназначена для получения магниторезонансных изображений, по меньшей мере, с части объекта (22), представляющего интерес, содержащего такое устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита, для генерирования статического магнитного поля B₀ в исследуемом пространстве (20) системы (10) магниторезонансной томографии. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита, включающее в себя:

- по меньшей мере, одну катушечную обмотку (16₁-16₄) из сверхпроводящего провода, обладающего критической температурой, сконфигурированную для генерирования статического магнитного поля B₀,

причем, по меньшей мере, одна катушечная обмотка (16₁-16₄) выполнена с возможностью установления теплопроводящего контакта с холодной головкой (38) криогенного охладителя, который сконфигурирован для приведения и поддержания, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄) при температуре ниже критической температуры, и

- по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер (40; 48), который постоянно содержит некоторое количество гелия в жидкостной изоляции, причем, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер (40; 48) находится в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одной катушечной обмоткой (16₁-16₄), для поглощения тепловой энергии от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄) в, по меньшей мере, одном рабочем состоянии.

2. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по п. 1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один сверхпроводящий элемент (42, 44), отличный от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁- 16₄), и имеет критическую температуру, причем, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер (40; 48) находится в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одним сверхпроводящим элементом (42, 44) для поглощения тепловой энергии в, по меньшей мере, одном рабочем состоянии.

3. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по п. 1, содержащее, по меньшей мере, два газонепроницаемых контейнера (40; 48), которые постоянно содержат некоторое количество гелия, причем один газонепроницаемый контейнер (40; 48) из двух газонепроницаемых контейнеров (40; 48) находится в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одной катушечной обмоткой (16₁-16₄) для поглощения тепловой энергии от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁- 16₄) в, по меньшей мере, одном рабочем состоянии, а другой газонепроницаемый контейнер (40; 48) из двух газонепроницаемых контейнеров (40; 48) находится в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одним сверхпроводящим элементом (42, 44) для поглощения тепловой энергии от, по меньшей мере, одного сверхпроводящего элемента (42, 44) в, по меньшей мере, одном рабочем состоянии.

4. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, в котором количество гелия, содержащегося в, по меньшей мере, одном газонепроницаемом контейнере (40; 48), находится в диапазоне 25-35 кг/м³.

5. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, содержащее множество газонепроницаемых контейнеров (40; 48), причем каждый газонепроницаемый контейнер (40; 48) из множества газонепроницаемых контейнеров (40; 48) содержит свое собственное количество гелия, причем газонепроницаемые контейнеры (40; 48) находятся в теплопроводящем контакте с, по меньшей мере, одной из, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄) и, по меньшей мере, одним сверхпроводящим элементом (42, 44), отличным от, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄).

6. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, один газонепроницаемый контейнер (40; 48) или газонепроницаемые контейнеры (40; 48) из множества газонепроницаемых контейнеров (48; 50) по существу изготовлены из легкого металла.

7. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, в котором множество газонепроницаемых контейнеров (40; 48) поддерживается с помощью твердой матрицы (50).

8. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна холодная головка (38) криогенного охладителя имеет номинальную рабочую температуру 4 K.

9. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов, в котором, по меньшей мере, одна катушечная обмотка (16₁-16₄) из сверхпроводящего провода находится в теплопроводящем контакте с холодной головкой (38) криогенного охладителя, который сконфигурирован для приведения и поддержания, по меньшей мере, одной катушечной обмотки (16₁-16₄) при температуре ниже критической температуры.

10. Устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из предыдущих пунктов для использования в качестве основного магнита системы (10) магниторезонансной томографии, сконфигурированного для генерирования статического магнитного поля B₀ в исследуемом пространстве (20) системы (10) магниторезонансной томографии.

11. Система (10) магниторезонансной томографии, которая сконфигурирована для получения магниторезонансных изображений с, по меньшей мере, части объекта (22), представляющего интерес, содержащая устройство (14; 46) сверхпроводящего магнита по любому из пп. 1-9.