Hintergrund der Erfindung:
-
Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Magneten und
insbesondere einen Vakuum-Wärmeisolierbehälter, der eine
supraleitende Spule eines supraleitenden Magneten aufnimmt.
-
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Magneten.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Spule, die ein
Magnetfeld 2 erzeugt, wenn ein Strom durch ihre Wicklung
fließt. Im allgemeinen erzeugt ein Magnet, dessen Spule
klein ist, ein schwaches Magnetfeld und wird häufig ohne
eine magnetische Abschirmung verwendet, wie es in Fig. 3
gezeigt ist, da das Magnetfeld nur einen geringen Einfluß auf
die Umgebung ausübt. Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines
weiteren Beispiels. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1
eine Spule, von der Magnetflüsse 2a erzeugt werden. Das
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine magnetische Abschirmung, die
aus einem ferromagnetischen Material besteht.
-
Wie Fig. 4 zeigt, wird in einem Fall, in dem die Spule eine
große Geometrie hat oder ein starkes Magnetfeld ausbildet,
die magnetische Abschirmung, die aus dem ferromagnetischen
Material besteht, verwendet, um den Einfluß des Magnetfelds
auf die Umgebung zu verhindern (beispielsweise den Einfluß
auf eine Magnetplatte für einen in der Nähe installierten
Computer).
-
Die bekannten Magnete sind wie in Fig. 3 und 4 gezeigt
aufgebaut. Bei dem Magneten von Fig. 3 werden die mit der Spule
1 zusammenhängenden Magnetflüsse 2 durch Erregen der Spule
erzeugt. Der größte Teil der Magnetflüsse 2 verläuft entlang
dem Innenumfang der Spule 1, und ein Teil davon durchsetzt
die Spule 1, geht durch das Innere der Spule 1 hindurch,
woraufhin die Magnetflüsse 2 außerhalb des Außenumfangs der
Spule 1 verlaufen und in das Innere der Spule 1 eintreten.
Die Magnetflüsse stellen somit Schleifen dar. Dabei breiten
sich die Magnetflüsse, die außerhalb des Außenumfangs der
Spule 1 verlaufen, räumlich aus, und ein Bereich, der ein
starkes Magnetfeld hat, wird groß. Wenn sich die
Magnetplatteneinrichtung oder dergleichen eines Computers oder
dergleichen, die magnetfeldempfindlich ist, im Bereich dieses
starken Magnetfelds befindet, kann es zu Fehlfunktionen
kommen.
-
Bei dem Magneten von Fig. 4 werden die mit der Spule
zusammenhängenden Magnetflüsse 2a durch ein Erregen der Spule l
wie im Fall von Fig. 3 erzeugt. Da bei diesem Magneten die
magnetische Abschirmung 3, die aus dem ferromagnetischen
Material hoher Permeabilität besteht, außerhalb des
Außenumfangs der Spule 1 angeordnet ist, wie es Fig 4 zeigt, ist
der größte Teil der Magnetflüsse 2a, die von der Spule 1
erzeugt werden, innerhalb der magnetischen Abschirmung 3
enthalten, und die Magnetflüsse, die außerhalb der magnetischen
Abschirmung 3 verlaufen, werden geringer, so daß der Bereich
mit einem starken Magnetfeld eingeengt wird. Selbst wenn
also Einrichtungen, die von einem Magnetfeld beeinflußbar
sind, nahe dem Magneten installiert sind, werden sie nicht
davon beeinflußt.
-
In diesem Zusammenhang ist ein supraleitender Magnet in
einem Vakuum-Wärmeisolierbehälter aufgenommen. Wenn die
magnetische Abschirmung der oben beschriebenen Art bei dem
supraleitenden Magneten verwendet wird, muß sie daher um den
Außenumfang des Vakuum-Wärmeisolierbehälters herum
angeordnet sein, was zu dem Problem führt, daß die Geometrie des
supraleitenden Magneten größer wird. Ein weiteres Problem
ist, daß die Doppelbehälterkonstruktion, die aus der
magnetischen
Abschirmung und dem Vakuum-Wärmeisolierbehälter
besteht, unwirtschaftlich ist.
-
Eine Lösung dieses Problems ist daher beispielsweise in der
EP-A-0 111 218 vorgeschlagen worden.
-
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine supraleitende
Spule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahts
aufgebaut ist. Ein Behälter 5 für flüssiges Helium nimmt die
supraleitende Spule 4 auf und enthält ein Kältemittel, wie
beispielsweise flüssiges Helium, um die supraleitende Spule
4 zu kühlen. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet allgemein einen
Vakuum-Wärmeisolierbehälter, der den Behälter für
flüssiges Helium aufnimmt und dessen Inneres zur Wärmeisolierung
evakuiert ist. Ein Außenzylinder 7 liegt an dem
Außenumfangsteil des Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6 und besteht aus
einem ferromagnetischen Material hoher Permeabilität mit
einer Dicke, die ausreicht, um einen magnetischen
Abschirmeffekt zu zeigen. Ein Innenzylinder 8 bildet den Innenumfang
des Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6.
-
Flansche 9 entsprechen den Endteilen des
Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6. Bei Bezugzeichen 10 ist eine
Wärmeabschirmung gezeigt, die zwischen dem Behälter 5 für flüssiges
Helium und dem Vakuum-Wärmeisolierbehälter 6 liegt und den
Behälter 5 für flüssiges Helium umgibt. Diese Wärmeabschirmung
10 ist angebracht, um die Wärmemenge, die in den Behälter 5
für flüssiges Helium eintritt, zu verringern, und wird von
flüssigem Stickstoff gekühlt. Ein Verbindungsrohr 11 hält
den Behälter 5 für flüssiges Helium und das Äußere des
Behälters 6 in Verbindung, während ein Verbindungsrohr 12 die
Wärmeabschirmung 10 und das Äußere des Behälters 6 in
Verbindung hält. Um die Verbindungsrohre zu verlängern und
ausreichende Wärmeisolierabstände zu schaffen, ist ein
Vorsprung 13 vorgesehen. Magnetflüsse 2b werden von der
supraleitenden Spule 4 erzeugt.
-
Bei dem supraleitenden Magneten, der wie in Fig. 1 gezeigt
ausgebildet ist, werden die Magnetflüsse 2b erzeugt, die mit
der supraleitenden Spule 4 zusammenhängen, wenn Strom durch
diese Spule geleitet wird. Der größte Teil der Magnetflüsse
2b verläuft entlang dem Innenumfang der supraleitenden Spule
4, und ein Teil davon durchläuft die supraleitende Spule 4,
woraufhin die Magnetflüsse entlang dem Außenumfang der
supraleitenden Spule 4 verlaufen. Außerhalb des Außenumfangs
der supraleitenden Spule 4 geht der größte Teil der
Magnetflüsse durch den Außenzylinder 7 des
Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6, der die Funktion der magnetischen Abschirmung
hat, und sie kehren ins Innere der supraleitenden Spule 4
zurück. Die Magnetflüsse 2b bilden somit Schleifen.
-
Die Magnetflüsse, die von der supraleitenden Spule 4 erzeugt
werden, breiten sich somit nicht wesentlich über den
Außenumfang des Außenzylinders 7 hinaus aus, so daß die
Intensität des Magnetfelds außerhalb des Außenumfangs des
supraleitenden Magneten niedrig gehalten werden kann. Zur gleichen
Zeit ist der Vakuum-Wärmeisolierbehälter 6, der bei einem
supraleitenden Magneten erforderlich ist, vorgesehen.
-
Der oben angegebene supraleitende Magnet ist zwar in bezug
auf den Fall gezeigt, in dem nur der Außenzylinder 7 des
Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6 aus dem ferromagnetischen
Material besteht; ähnliche Wirkungen werden jedoch erzeugt, wenn
die Flansche 9 und ein Vorsprung 13a ebenfalls aus dem
ferromagnetischen Material bestehen, wie es in Fig. 2 gezeigt
ist. In Fig. 2 bezeichnet das Symbol 2c Magnetflüsse, die
von der supraleitenden Spule 4 erzeugt werden. Da die
übrigen Teile mit denen von Fig. 1 identisch oder dazu
äquivalent sind, entfällt ihre Beschreibung.
-
Wenn die supraleitende Spule 4 konzentrisch mit dem
Außenzylinder 7 und den Flanschen 9 des
Vakuum-Wärmeisolierbehälters 6 angeordnet ist, ist die magnetische Abschirmung
außerdem mit dem Magnetfeld innerhalb der supraleitenden
Spule 4 symmetrisch ausgebildet. Es tritt also keine
Beeinflussung des Magnetfelds innerhalb der supraleitenden Spule
4 auf, und die Einflüsse darauf sind gering, wenn ein hohes
Maß an Gleichförmigkeit in dem Magnetfeld innerhalb der
supraleitenden Spule 4 erforderlich ist.
-
Wie oben beschrieben ist, besteht ein Teil des Vakuum-
Wärmeisolierbehälter eines supraleitenden Magneten,
hauptsächlich sein Außenzylinder, aus einem ferromagnetischen
Material mit einem magnetischen Abschirmeffekt. Dadurch werden
keine zusätzlichen Komponenten, die als magnetische
Abschirmung außerhalb des supraleitenden Magneten wirken, benötigt,
und es wird die Wirkung erzielt, daß die Einrichtung klein
und kostengünstig ausgeführt werden kann.
-
Ähnliche Einrichtungen sind auch aus der US-PS 4 484 814,
insbesondere Spalte 3, Zeilen 5 bis 7, ersichtlich. Diese
Einrichtungen sind zwar wirtschaftlicher und billiger, sie
können jedoch nicht in den Situationen eingesetzt werden, in
denen eine hohe magnetische Symmetrie erforderlich ist,
beispielsweise bei einem Magnetresonanzabbildungssystem.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, nicht nur einen
wirtschaftlicheren und kleineren supraleitenden Magneten als
bisher bekannt, sondern einen supraleitenden Magneten
anzugeben, der ein gleichförmiges Magnetfeld bildet.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein supraleitender
Magnet angegeben, der aufweist:
-
eine supraleitende Spule, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn
man einen Strom durch sie hindurchfließen läßt; und
-
einen Vakuum-Wärmeisolierbehälter, der dazu dient, die Spule
aufzunehmen und sie auf einer kryogenen Temperatur zu
halten, wobei der Vakuum-Wärmeisolierbehälter eine zylindrische
Außenwand hat, die aus einem ferromagnetischen Material
besteht, das einen magnetischen Abschirmeffekt zeigt;
-
wobei der supraleitende Magnet dadurch gekennzeichnet ist,
daß ein Verbindungsrohr durch einen Endabschnitt des Vakuum-
Wärmeisolierbehälters verläuft, so daß eine im wesentlichen
symmetrische Anordnung der zylindrischen Außenwand in bezug
auf die supraleitende Spule möglich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
-
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines bereits vorgeschlagenen
supraleitenden Magneten;
-
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines weiteren bereits
vorgeschlagenen supraleitenden Magneten;
-
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines
bekannten Magneten;
-
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines weiteren bekannten
Magneten, der mit einer magnetischen Abschirmung versehen ist;
-
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines
supraleitenden Magneten gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
-
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform. In den Zeichnungen sind identische oder entsprechende
Teile mit den gleichen Symbolen bezeichnet.
-
Fig. zeigt einen supraleitenden Magneten, der die
vorliegende Erfindung verkörpert. Bei dieser Ausführungsform
verläuft ein Verbindungsrohr 11 durch den Flansch 9 anstatt
durch den Außenzylinder 7 und ist so angeordnet, daß seine
Längsachse im wesentlichen horizontal in bezug auf die Achse
der supraleitenden Spule 4 liegt. Dies ermöglicht es, den
supraleitenden Magneten ohne Bildung eines Loches durch den
Außenzylinder 7 und ohne einen Vorsprung in der Seite des
Außenzylinders 7 auszubilden. Das Ende 15 des
Verbindungsrohrs
11 liegt in der Mitte entlang der Länge der
supraleitenden Spule 4 zwischen den Flanschen 9. Die Positionierung
des Verbindungsrohrs 11, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist
derart vorgesehen, daß der Außenzylinder 7 in bezug auf die
supraleitende Spule 4 vollständig symmetrisch sein kann. Dies
führt zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit des
Magnetfelds um den supraleitenden Magneten herum.
-
Die oben beschriebene Ausführungsform ist für einen
supraleitenden Magneten für ein Magnetresonanzabbildungssystem,
das ein gleichförmiges Magnetfeld benötigt, besonders
vorteilhaft.
-
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines
supraleitenden Magneten, bei der ein Verbindungsrohr 11 im wesentlichen
horizontal auf die gleiche Weise wie in Fig. 5 angeordnet
ist. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Flansche 9 aus
ferromagnetischem Material mit ausreichender Dicke, um einen
magnetischen Abschirmeffekt zu ergeben. Das Verbindungsrohr
11 verläuft somit durch ein Loch in dem Flansch 9. Diese
Ausführungsform hat die Vorteile des symmetrischen
Außenzylinders 7, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben sind,
die magnetische Abschirmleistung ist jedoch aufgrund des
Vorhandenseins der Flansche 9 weiter verbessert.
-
Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
verläuft ein Verbindungsrohr 12b von der Wärmeabschirmung 10
über den Flansch 9 zur Außenseite des Behälters 6. Der
Verlauf des Rohrs 12b durch den Flansch 9 erlaubt es dem
Außenzylinder 7 ebenfalls, vollständig symmetrisch zu sein.
-
Bei beiden Ausführungsformen wird das Verbindungsrohr 11
durch eine Endwand des Behälters 5 für flüssiges Helium
geführt, und eine Abdichtung ist zwischen dem Rohr und der
Endwand über eine Balgenverbindung 16 vorgesehen. Die
Balgenverbindung 16 bildet nicht nur die Abdichtung, sondern
ermöglicht es auch, die Auswirkungen einer Ausdehnung
zwischen
dem Rohr und dem Behälter 5 für flüssiges Helium zu
kompensieren.
-
Das Verbindungsrohr 11 bildet ein Mittel, durch das Gas aus
dem Behälter 5 für flüssiges Helium in die Atmosphäre
abgegeben werden kann. Das Verbindungsrohr 11 kann ferner dazu
dienen, Stromzuführungsleitungen (nicht gezeigt) für die
supraleitende Spule 4 zu führen und abzustützen.