超导磁共振系统中的低温技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种生物磁学核自旋成像技术。十多年来，随着超导、低温、磁体、射频及计算机图像处理等高新技术的发展，MEI已成为当今医学领域最先进的诊断设备之一。按照MRI系统主磁体磁场的产生方式，通常将其分为永磁型、常导型（阻抗型）、混合型和超导型四类，由于超导型具有场强高、功率小（磁体基本无功耗）、磁场均匀稳定和系统信噪比高等优点，近年来发展迅速。这里首先介绍超导MRI成像系统的磁场建立过程及其失超的概念，然后讨论超导磁体的低温保障技术。超导环境的建立同阻抗体一样，超导型磁体也有线圈的电流产生磁场。两者的差别主要是线圈的材料不同：前者用普通铜线绕制，而后者用超导线绕成。目前所用的超导材料主要是铌钛与铜的多丝复合线，它的工作温度为4.2k（—269 C），即一个大气压下液氦的温度。一次，超导线圈必须浸泡在液氦里才能正常工作。MRI磁体超导环境的建立需要下述步骤：
磁体低温容器抽真空
超导磁体一般在CFRP或GFRP支撑结构下依次装有环形针孔绝热层、液氮容器和液氦容器，超导线圈置于液核容器之中。各容器都有非常好的绝热性能和密封性能。可见超导体的制造工艺是相当精细的。
真空绝热层是超导磁体的重要保冷屏障，其保冷性能主要决定于它的真空度。一次，抽真空的质量直接关系到超导磁体运行后的经济性能。磁体安装完毕后，一般在现场对其抽真空，但有些厂家的产品出厂前就以抽毕。
真空绝热层抽真空的过程可分为两步.首先用选片式机械泵抽吸约4h，是内部压力降至10pa（1mbar）以下。紧接着改用涡轮分子泵，将内部压力抽至10-3pa（10-5mbar）,要达到这样低的压力，涡轮分子泵需要连续运转数十小时，有时长达数日。此间一旦出现断电情况，就有可能前功尽弃。因此，真空绝热层抽真空前MRI系统的不间断电源应该安装就绪，以便将涡轮分子泵与其相连，断电后就有足够的时间来关闭磁体上的真空阀。达到所需的真空度后，应及时关闭插板阀，以免漏气。
磁体预冷
磁体预冷是指用Coldhead(制冷机冷头)和Cryogen（液氮、液氦）将磁体冷屏和超导线圈温度分别降至其工作温度的过程。由于上述容器与制冷剂的温差相当悬殊，磁体的预冷常常需要消耗大量液氮和液氦。下面以GE公司磁体（1T、1.5T、3.0T）为例来简介磁体的预冷过程。
在实施预冷前，先检查磁体液氦液位计是否正常。充满液氮要使用绝热管线，并严防其冻裂。液氦的灌注则使用专用的真空虹吸管。另外，预冷时磁体的所有排气管道均应畅通，并保持磁体室通风良好。
液氮预冷比较简单。首先按低温操作的有关规定连接好液氮杜瓦瓶和磁体液氮输入口，并保持杜瓦瓶内20~25kpa(0.2~0.25bar)的压力。在这一压力的驱动下，随着输液管的接通，液氮便缓缓注入磁体液氮容器。但是由于开始时容器内温度较高，大量液氮将被蒸发，液氮的蒸发是容器内的温度得以降低。一旦液面计有了读数，就表明该容器内温度以降至77.4k，即液氮温度。到此为止，液氮容器的预冷事实上已经完成了。然而通常的做法是接着输液，直到液氮充满其容器，这是将预冷和输液两者合二为一了。不过，再接着的几天，尤其是最初的几小时内，液氮的挥发会非常显著，这是内部温度尚不稳定的缘故。
液氦容器的预冷一般按下述几个步骤进行.
第一步:用液氮进行初冷.由于氦的温度(4.2k，即—268.8度)与室温相差近300度c，直接用液氦冷却将消耗大量昂贵的液氦，可见用液氮进行初冷是避免浪费的举措。液氦容器初冷的过程与液氮预冷基本相似，不同之处是：可将充灌压力升高至50kpa（0.5bar）;液氮液面至50%就可以了。用于初冷的液氮在容器内要保持三天以上，方可使内部温度稳定在液氮温度上。初冷过程大约需要1800L液氮。
第二步：吹除液氮。初冷时注入液氮容器的液氮要用高纯度氦气来吹除。液氮吹除后，该容器内事实上充满了高纯度氦气。这一状态要保持12 h以上。
第三步：液氦容器抽真空。这一步的目的，一是防止液氦遗留在液氦容器内，二是捡漏。如果上一步中未将液氮彻底吹净，注入液氦后它就会结为永久性冰块，其后患是无穷的。液氦容器泄露也是磁体常见故障之一，如果不及时排除，励磁后埙失就更大了。值得指出的是，液氦容器抽真空的步骤只有在磁体真空绝热层的真空抽毕后才可设施。
第四步：用液氦预冷。这是磁体定冷的最后一步，他将是液氦容器最终冷至我们所需要的液氦温度。为了最大限度的节省液氦，可将杜瓦瓶压力调在10~15kpa（0.1~0.15bar），是冷却缓慢进行。随着时间定的推移，被冷容器内的温度会逐渐降低，但大量液氦将会蒸发。
当液面计出现读数时\证明液氦容器以致冷至所需温度,容器内的液氦开始增加.液氦预冷过程将持续10 h，需液氦1000L。
超导环境的建立
所谓超导环境，简单的说就是4.2k的液氦温度、在这一温度下，超导线圈将实现从正常态到超导态的转变。
通过上面的预冷，已将液氦容器的温度初步降到了4.2k。而超导线圈稳定工作的条件是比须浸泡在液氦中，一次，需要在液氦容器中灌满液氦。这里液氦的输入方法与上面的预冷过程基本相同，只是将灌注压力稍稍提高些（20~25kpa）.
GE公司磁体的液氮容器容积为580L，液氦容积为865L，但上述预冷过程（包裹首次灌注）就需要消耗多达4000L的液氮和接近3000L的液氦。整个过程耗时5天以上。由此可见，磁体超导环境的建立是一个漫长而复杂的过程，必须有条不紊的进行。
励磁
励磁（Energizing The Magnet）又叫充磁，是指超导体系统在磁体电源的作用下给超导线圈逐渐加于电流，从而建立预定磁场的过程。励磁一旦成功，就意味着超导磁体将在不消耗能量的情况下，永远为我们提供强大的、高稳定性的均匀强磁场
对于超导磁体，成功励磁的首要条件是建立稳定的超导环境；其次，要有一套完善的控制系统。该系统一般有电流引线、励磁电流控制电路、励磁电流检测器、紧急失超开关和超导开关等单元组成，它们是超导体的一部分；第三，一个高精度的励磁专用电源、如英国牛津公司出品的电源输出能力高达400A（15KA），精度为0.1A，常温下电流稳定度是200ppm/度C，而重复性指标达到了300ppm的水平。（纹波系数）
励磁前要做大量的准备工作。例如，超导环境刚建立时，由于低温容器尚不稳定的缘故，制冷剂的挥发过快，有可能是液氦液面低于80%，应补足再励磁；要对有关的控制电路，尤其是紧急失超开关、磁体室氧监测器等部件进行检验，使之动作正确；连接好高斯计，以便励磁过程中对磁场进另外，给超导磁体励磁不是一个简单的合闸过程。在励磁时必须充分考虑突然增大的磁场对磁体本身的作用和超导的特殊性质，比如巨变的磁场带来的大涡流、超导体的扰动效应和磁锻炼行为等。
不同厂家的磁体对励磁有不同的要求，所需的时间也不尽相同，但电流的投入一般应遵循小到大、分段控制的规律，因而磁场也是逐步建立的。对于有自屏蔽的磁体，场强每上升一个新值，都要调整磁体的几何位置，使之处于重几十吨的铁屏蔽体中心。
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