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烟花生产[提要] 日前，我国首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体由中国科学院强磁场科学中心研制成功，为我国研制稳态高场混合磁体装置奠定了重要的技术基础。项目负责人匡光力研究员介绍，目前，实用的铌三锡超导线材是国际上制造高场超导磁体的首要选择。 日前，我国首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体由中国科学院强磁场科学中心研制成功，为我国研制稳态高场混合磁体装置奠定了重要的技术基础。
超导磁体是当今研究中被广泛使用的实验装置。我国目前先进的超导磁体在孔径30毫米左右可以达到33T（1T等于1万高斯）左右的磁场。
中科院强磁场科学中心承担的国家大科学工程项目“稳态强磁场实验装置”，最重要的目标之一是建设一台具有世界先进水平的40T混合磁体装置，其中将包含一个800毫米室温孔径并提供11T中心磁场强度的大口径高场外超导磁体。该装置建成后将给多种高科技实验提供极端环境。
项目负责人匡光力研究员介绍，目前，实用的铌三锡超导线材是国际上制造高场超导磁体的首要选择。强磁场科学中心首次在国内利用铌三锡管内电缆导体制造具有稳态高场的超导
磁体，技术人员研制过程中攻克了线圈绕制工艺、绝缘处理及热处理工艺等诸多技术难题，取得了重大技术突破和技术创新。绕线机
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MR成像技术参考资料 （5）(2010-03-20 10:38:13)转载标签： 放射mri杂谈 分类： 医学影像技术
MR成像技术篇—基础篇（5）
3.2.4 MRI超导型磁体性能及其相关性
3.2.4.1绝对零度和超导电性
1908年荷兰实验物理学家昂内斯成功地液化了地球上最后一种“永久气体”～氦气，并且获得了接近绝对零度（零下273摄氏度，标为0K）的低温：4.25K～1.15K（相当于零下摄氏度）。这样低的温度为超导现象的发现提供了有力保证。经过多次实验，1911年昂内斯发现：汞的电阻在4.2K左右的低温度时急剧下降，以致完全消失（即零电阻）。1913年他在一篇论文中首次以“超导电性”一词来表达这一现象。由于“对低温下物质性质的研究，并使
氦气液化”方面的成就，昂内斯获1913年诺贝尔物理学奖。
山东六旬大爷发明提物电梯3.2.4.2超导体的基本性质及其性能指标
具有超导性的物质就是超导体。
⑴完全导电性
物理学上把物质进入超导状态后电阻为零的性质称为完全导电性。完全导电性是对直流而言的，在交流情况下，超导体不再具有超导电性，它将出现能量损耗。
⑵完全抗磁性
给处于超导态的某物体外加一磁场，磁感线将无法穿透该物体，即保持超导体内的磁通为零，称为完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。
⑶超导体的性能指标
·临界温度（Tc）∶超导体从呈现一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态时所处的温度，
称为临界温度（Tc），又称转变温度。临界温度是物质的本征参量。物质不同，其Tc值也不同。一般金属的Tc极低。如水银的Tc为4.2K，锡的Tc仅3.7K。
·临界磁场（Hc）∶当外加磁场达到一定数值时，超导体的超导性即被破坏，物质从超导态转变为正常态，这一磁场值即称为临界磁场。由此可见，超导体只有在临界温度和临界磁场下才具有完全抗磁性和完全导电性。
·临界电流（Ic）∶在一定的温度和磁场下，当超导金属中的电流达到某一数值后超导性会遭到破坏，这一数值就是临界电流。超导物理中还把每平方厘米截面上可通过的最大电流值叫做临界电流密度，用Ic表示。
y型钢⑷超导材料的应用
具有低临界转变温度（Tc＜30K），在液氦温度条件下工作的超导材料，称为低温超导材料（low temperature superconducting material）。超导材料大致可分为纯金属，合金和化合物三类。目前，已发现近30种元素的单质，8000多种化合物和合金具有超导性能。低温超导材料由于Tc低，必须在液氦温度下使用，运转费用昂贵。
由于具有实用价值的低温超导金属NbTi（铌钛）合金优良的超导电性和加工性能，其Tc 为9.3K，其使用已占低温超导合金的95%左右 。NbTi 合金可用多芯复合加工法加工成以铜（或铝）为基体的多芯复合NbTi/Cu（铌-钛与铜）超导线材（其Tc为4.2K，即-268.80C），可用于制造MRI设备的超导磁体。
3.2.4.3超导磁体的构成
超导磁体主要由超导螺线管线圈（简称超导线圈）、高真空超低温杜瓦容器、以及附属部件构成。
⑴超导线圈
同常导型磁体一样，超导磁体也由线圈中的电流产生磁场。超导磁体采用超导材料螺线管线圈、以及匀场线圈设计可达到MRI设备对静磁场的磁场强度和均匀性的高标准要求，因此通常0.5T以上磁场强度的医用人体MRI设备均采用超导磁体。
超导螺线管内轴线上的磁感强度是匀强的；在磁介质一定的前提下，其场强仅与线圈的匝数和流经线圈的电流强度有关。因此，改变超导磁体螺线管线圈的匝数或电流均可使其所
产生磁场的磁场强度发生变化。
为了固定超导线圈绕组的线匝，并防止其滑动，要用低温特性优良的环氧树脂浇灌、固定、封装绕好的超导线圈绕组，环氧树脂封装超导线圈绕组的强度需要确保其能够抵抗并承受励磁过程中线圈整体受到的径向和轴向的挤压力，而不发生位移。
超导螺线管线圈绕组前后两个端点处，场强将减小为其最大值即线圈中心磁场强度值的50%。因此需要进行场强校正，即在线圈绕组前后两端适当增加匝数（图3-6和图3-7）以补偿两端的磁场强度，确保螺线管内部轴线方向上、尽可能长的范围内（例如53CM）的纵向磁场的磁场强度能够做到处处相等。超导线圈正常工作后，就获得了稳定的主磁场（B0），它是质子发生磁共振的基本条件。
⑵杜瓦容器
超导线圈须浸泡在高真空、全密封、超低温、液氦杜瓦容器中方能工作，其磁体制造工艺比较复杂，定期补充液氦也给用户带来一定的消耗成本。
⑶附属部件
为确保杜瓦容器和超导线圈安全稳定地运行，设置有致冷剂（液氮和液氦）液面计、超导开关、励磁和退磁电路、失超控制和安全保护电路等附属部件。
3.2.4.4超导环境的建立
超导线圈的材料铌-钛与铜的多芯复合超导线材的Tc为4.2K (-268.80C)，因此必须将其浸泡在液氦里才能保证其以超导体方式正常工作。MRI磁体超导环境的建立需要经历下述三个步骤：
⑴抽真空
环形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。由分子泵和机械泵组成的真空泵组，能使超导磁体内的真空度达到10-6~10-7mbar，以保证超导磁体的真空绝热性能。
⑵磁体预冷
磁体预冷是指用致冷剂将杜瓦容器（磁体）内的温度分别降至其工作温度的过程。磁体预
冷过程分为两个阶段，需要消耗大量的液氮和部分液氦。第一阶段将价格相对便宜的液氮直接导入磁体内部预冷至77K（-196℃）。液氮预冷完成后，第二阶段再改用价格相对昂贵的液氦，将其不间断地导入磁体内部，用液氦气化产生的压力将磁体内部的液氮全部“吹走”、“吹”干净，同时将磁体内部温度从77K进一步预冷到液氦的沸点温度4.2K（-268.8℃，与室温相差近300℃）。
⑶灌满液氦
磁体预冷到4.2K后，液氦气化减弱，液氦开始驻留在磁体内部，直至将磁体灌满，一般可罐充到满容量的95％左右，剩余空间属于液气两相的平衡面和氦气的空间。在4.2K这一临界温度下，超导线圈将实现从正常态至超导态的转变，超导环境从而建立起来。
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3.2.4.5励磁
励磁又叫充磁，是指超导磁体系统在磁体励磁电源的控制下逐渐给超导线圈施加电流，从而建立预定静磁场的过程。励磁一旦成功，超导磁体就将在不消耗能量的情况下，提供强大的、高度稳定的匀强磁场。典型的超导励磁电源为10V，4000A，要求优质的电流稳定
度。励磁电流沿着一对铜制电流输送排从励磁电源系统被送往位于磁体上方的超导线圈颈管联接处为超导线圈“充电”、充磁。
3.2.4.6失超
⑴失超
所谓失超，即超导体变为导体，温度急剧升高，液氦大量挥发，磁场强度迅速下降，不过，现代磁体设计相应的防范监控系统，以使运行中失超的可能性降低。出水服务
在励磁或工作过程中，一旦超导体因某种原因突然失去超导特性而进入正常态，即失超。引起失超的因素很多：磁体结构和线圈组份、超导材料性能不稳定、磁体超低温环境被破坏、以及人为因素等。常见的失超有如下五类情况：
第一类：励磁时充磁电流超过额定值或者充磁电流增加速度过快均会导致超导线圈整体受到径向和轴向的电磁挤压力使得浸渍于线圈绕组之间的环氧树脂局部开裂，此变形能的释放会转化为热能，从而引发失超。
第二类：灌注液氦速度过快以及输液管尚未完全冷却到4.2K温度时就将其插入磁体输液孔内，会引起杜瓦容器内液氦沸腾，迅速气化并喷发而出，导致超导环境遭到破坏，从而引发失超。
第三类：磁体杜瓦容器中的液氦液面降到一定限度(各厂家规定的液氦低限容量不等，一般极限经验值是满容量的30％)时，如果仍未按规定及时补充，则会导致失超。
第四类：磁体的真空隔温层真空环境破坏后，发生失超是肯定无疑的。
第五类：误操作紧急失超开关造成“意外”失超。
⑵失超与和去磁
失超和磁体去磁是两个完全不同的概念。去磁只是通过磁体特殊设计的超导线开关电路慢慢泄去其储存的巨大能量（一个1.5T的磁体在励磁后所储存的磁场能量高达5MJ），使线圈电流逐渐减小为零，但线圈仍然浸泡在磁体杜瓦容器的液氦中，因此仍处于超导态。去磁一般是需要将MRI设备移机、拆除、或遇紧急情况时所主动做的工作。失超则是被动的，并且后果很严重，失超后不仅磁场消失，而且线圈失去超导性，会将电磁能量转换为
热能。失超开始点总要经受最高温升，此局部温升既可能破坏磁体超导螺线管线圈绕组的绝缘，又可能熔化超导体，并且引起液氦急剧气化，严重时甚至引发接裂、磁体“爆炸”而破坏整个磁体，并威胁磁体间中人员和财产的安全。
3.2.4.7失超的预防保护措施
失超后的线圈不可能从磁体中取出更换，只能重建其超导环境、励磁后继续使用，但是因为失超过后的线圈已经遭到某种程度的破坏，其再次发生失超的可能性增加，甚至形成“习惯性”失超的恶果，因此建立失超的预防和保护系统是十分重要的，首先通过传感器、探测器实时监控磁体的状态，同时建立励磁时的失超保护、以及超导建立并运行后的失超保护等防范措施。
⑴磁体监控和保护措施
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