本發(fā)明主要涉及一種用于在布設(shè)有超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的低溫環(huán)境的失冷情況下，保持超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的真空的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)磁體用在包括核磁共振(nmr)分析和磁共振成像(mri)的多種環(huán)境中。為了實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性，磁體被保持在溫度接近絕對零度的低溫環(huán)境中。通常，磁體包括一個或多個導(dǎo)電線圈，這些線圈被設(shè)置在低溫恒溫器中并且電流循環(huán)通過這些線圈以產(chǎn)生磁場。

存在多種方法以將超導(dǎo)磁體的一個或多個導(dǎo)電線圈保持處于低溫，使得它們在正常運(yùn)行期間保持超導(dǎo)。

在一些超導(dǎo)磁體系統(tǒng)(例如，稱為“低溫系統(tǒng)”)中，磁體被保持處于真空空間中，并且通過充滿相對少量的低溫流體(例如，一或二升液氦)的密封系統(tǒng)(例如，冷卻站或冷卻板)進(jìn)行冷卻，以將熱量從導(dǎo)電線圈傳導(dǎo)到冷頭，該冷頭又被經(jīng)由壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻。

在這種系統(tǒng)中，有益的是，在真空空間內(nèi)設(shè)置吸氣器，該吸氣器被保持處于非常低的溫度(例如，低于20°k)，以便吸收可能被釋放到真空空間中的離散分子，如此一來，離散分子可變成用于傳熱的機(jī)構(gòu)。特別是，隨著時間的流逝，吸氣器材料聚集了可從非常小的滲漏處進(jìn)入真空空間中的氣體分子。

然而，可能的是，冷頭例如由于壓縮機(jī)的故障或者由于用于操作壓縮機(jī)的交流主電源的損耗而導(dǎo)致變得不起作用，從而使超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的冷卻中斷。這種冷卻中斷會在運(yùn)輸、斷電或設(shè)備故障期間發(fā)生。在這些情況下，在低溫下具有小熱容量的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)(例如，在密封系統(tǒng)內(nèi)部僅具有少量液氦的低溫系統(tǒng))可能迅速變暖超過20°k。

同時，如果使吸氣器變熱，則已由吸氣器捕獲到的離散分子可能被釋放到保持該超導(dǎo)磁體的真空室或低溫恒溫器中。如果這種情況發(fā)生，則可能需要低溫恒溫器的昂貴且耗時的真空泵來移除所釋放的分子。

因此，會需要提供一種用于在布設(shè)有超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的低溫環(huán)境的失冷情況下，保持超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的真空的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一方面可提供了一種裝置，該裝置包括：第一吸氣劑，其被設(shè)置在真空室內(nèi)并且被構(gòu)造成吸收真空室內(nèi)的離散分子；蓄熱體，其被設(shè)置成鄰近第一吸氣劑并且與第一吸氣劑熱連通；冷卻站，其在真空室內(nèi)設(shè)置于比設(shè)置蓄熱體的高度高的高度處；以及對流冷卻回路，其被連接在蓄熱體和冷卻站之間并且被構(gòu)造成當(dāng)冷卻站與蓄熱體相比處于較低溫度時，以對流的方式冷卻蓄熱體，并且當(dāng)冷卻站與蓄熱體相比處于較高溫度時，使蓄熱體與冷卻站基本上熱絕緣。

在一些實(shí)施例中，蓄熱體包括由人造冰構(gòu)成的蓄熱體。

在一些實(shí)施例中，冷卻站是4°k冷卻站。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：隔熱罩，其被設(shè)置在真空室內(nèi)，從而將真空室劃分成內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域；和多個第一低導(dǎo)熱性支承元件，其將隔熱罩連接到真空室的一個或多個外壁，其中，除了第一低導(dǎo)熱性支承元件之外，隔熱罩與真空室的外壁隔離開。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：設(shè)置在真空室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)；和將該獨(dú)立結(jié)構(gòu)連接到隔熱罩的多個第二低導(dǎo)熱性支承元件，其中，除了第二低導(dǎo)熱性支承元件之外，獨(dú)立結(jié)構(gòu)與隔熱罩隔離開。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括多個第三低導(dǎo)熱性支承元件，其將蓄熱體連接到獨(dú)立結(jié)構(gòu)，其中，除了第三低導(dǎo)熱性支承元件之外，蓄熱體與獨(dú)立結(jié)構(gòu)隔離開。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括設(shè)置在介于蓄熱體和隔熱罩之間的第一區(qū)域內(nèi)的熱反射結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，第一吸氣劑包括活性炭物質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，該裝置可還包括第二吸氣劑，其與第一吸氣劑隔離開并與其間隔開，并且被設(shè)置成鄰近冷卻站并且與該冷卻站熱連通。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括壓縮機(jī)，其被設(shè)置在真空室的外側(cè)并且被連接到冷卻站，并且被構(gòu)造成將熱量從冷卻站傳導(dǎo)到真空室的外部。

本發(fā)明的另一方面可提供一種裝置，該裝置包括：真空室，其具有封閉真空室的內(nèi)部空間的一個或多個壁；設(shè)置在真空室內(nèi)的隔熱罩，該隔熱罩限定真空室的位于隔熱罩內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域以及真空室的被設(shè)置在隔熱罩和真空室的一個或多個壁之間的外部區(qū)域；設(shè)置在真空室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的超導(dǎo)磁體；低溫冷卻機(jī)，其被構(gòu)造成用以冷卻超導(dǎo)磁體，該低溫冷卻機(jī)在真空室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少一個冷卻站；吸氣劑，其設(shè)置在真空室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)并且被構(gòu)造成用以吸收真空室內(nèi)的離散分子；蓄熱體，其被設(shè)置成鄰近吸氣劑并且與該吸氣劑熱連通，其中，蓄熱體設(shè)置于與設(shè)置至少一個冷卻站的高度相比更低更高的位置處；和對流冷卻回路，其被連接在蓄熱體和冷卻站之間并且被構(gòu)造成當(dāng)冷卻站與蓄熱體相比處于較低溫度時，對流地冷卻蓄熱體，并且當(dāng)冷卻站與蓄熱體相比處于較高溫度時，使蓄熱體與冷卻站基本上熱絕緣。

在一些實(shí)施例中，該裝置可以是磁共振成像(mri)裝置，其還包括：被構(gòu)造成用于保持患者的患者臺；梯度線圈，其被構(gòu)造成至少部分地環(huán)繞患者的mri裝置為其產(chǎn)生圖像的一部分；射頻線圈，其被構(gòu)造成將射頻信號施加到患者的該部分上，以及改變此磁場的取向；和被構(gòu)造成用于檢測由射頻信號引起的磁場變化的掃描器。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：被連接以從低溫冷卻機(jī)移除熱量的壓縮機(jī)；和磁體控制器，其被構(gòu)造成控制超導(dǎo)磁體的通電運(yùn)行。

在一些實(shí)施例中，蓄熱體包括由人造冰構(gòu)成的蓄熱體。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：多個第一低導(dǎo)熱性支承元件，其將隔熱罩連接到真空室的一個或多個外壁，其中，除了第一低導(dǎo)熱性支承元件之外，隔熱罩與真空室的外壁隔離開。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：設(shè)置在真空室的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)；和將獨(dú)立結(jié)構(gòu)連接到隔熱罩的多個第二低導(dǎo)熱性支承元件，其中，除第二低導(dǎo)熱性支承元件之外，獨(dú)立結(jié)構(gòu)與隔熱罩隔離開。

在一些實(shí)施例中，該裝置還包括：將蓄熱體連接到獨(dú)立結(jié)構(gòu)的多個第三低導(dǎo)熱性支承元件，其中，除了第三低導(dǎo)熱性支承元件之外，蓄熱體與獨(dú)立結(jié)構(gòu)隔離開。

本發(fā)明的又一方面可提供一種方法，其包括：在真空室內(nèi)將蓄熱體設(shè)置成鄰近于吸氣劑并且與該吸氣劑熱連通，以從吸氣劑吸收熱量；利用設(shè)置在真空室內(nèi)的冷卻站冷卻蓄熱體，該冷卻站在真空室內(nèi)被設(shè)置于比設(shè)置蓄熱體的高度高的高度處，其中，該蓄熱體又對吸氣劑進(jìn)行冷卻，其中，冷卻經(jīng)由連接在蓄熱體和冷卻站之間的對流冷卻回路實(shí)施；利用冷卻后的吸氣劑來吸收真空室內(nèi)的離散分子，其中，當(dāng)冷卻站與蓄熱體相比處于較高溫度時，對流冷卻回路使蓄熱體與冷卻站熱絕緣。

在一些實(shí)施例中，該方法可還包括將吸氣劑冷卻到低于20°k的溫度。

在一些實(shí)施例中，該方法可還包括通過多個低導(dǎo)熱性支承元件，使蓄熱體與真空室的外壁熱絕緣。

附圖簡述

本發(fā)明將通過對于下文中呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例的結(jié)合附圖作出的詳細(xì)描述而變得更容易理解。

圖1示出了磁共振成像(mri)裝置的示例性實(shí)施例。

圖2示出了可被包括在mri裝置中的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。

圖3示出了可在可被包括在mri裝置中的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中使用的吸氣器的冷卻布置結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施例。

圖4示出了當(dāng)冷卻被中斷時，保持超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的真空的方法的一些示例單元。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將結(jié)合附圖在下文中更為充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的多個實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)被理解為受限于本文中所闡述的實(shí)施例。相反，這些實(shí)施例被作為本發(fā)明的教導(dǎo)示例提供。在本公開和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，當(dāng)某物被說成是具有大致為某個值時，這意味著它處于該值的10％的范圍內(nèi)，并且當(dāng)某物被說成是具有大約為某個值時，這意味著它處于該值的25％的范圍內(nèi)。

圖1示出了磁共振成像(mri)裝置100的示例性實(shí)施例。mri裝置100可包括磁體102；被構(gòu)造成保持患者10的患者臺104；被構(gòu)造成至少部分地環(huán)繞患者10的mri裝置100為其產(chǎn)生圖像的至少一部分的梯度線圈106；被構(gòu)造成將射頻信號施加到正被成像的患者10的至少一部分并且改變磁場的取向(alignment)的射頻線圈108；和被構(gòu)造成檢測由射頻信號引起的磁場變化的掃描器110。

mri裝置的常規(guī)運(yùn)行是眾所周知的，并且因此在這里將不再重復(fù)。

圖2示出了可被包括在mri裝置中的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200的示例性實(shí)施例。特別地，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200可以是mri裝置100中的磁體102的一個實(shí)施例。此外，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200可以是超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的一個示例，可以為該超導(dǎo)磁體系統(tǒng)提供如下所述的用于在布設(shè)有超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的低溫環(huán)境的失冷情況下保持真空的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)和方法的示例將在下文中更為詳細(xì)地進(jìn)行描述。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200包括低溫恒溫器210和設(shè)置在封閉空間內(nèi)的隔熱罩213，該封閉空間由低溫恒溫器210的外壁或外殼所限定。隔熱罩213限定了第一內(nèi)部熱絕緣區(qū)域212a(在下文中“內(nèi)部區(qū)域212a”)和第二外部熱絕緣區(qū)域212b(在下文中“外部區(qū)域212b”)，這兩個區(qū)域中的每一個可以是真空空間(evacuatedspace)，在那里，已經(jīng)移除了任何氣體、液體等，該空間除了被導(dǎo)電導(dǎo)線和其它部件所占據(jù)的區(qū)域之外都由真空構(gòu)成，如下所述。因此，低溫恒溫器210可被視為真空室。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200包括被形成為放置在低溫恒溫器210的內(nèi)部區(qū)域212a內(nèi)的一個或多個導(dǎo)電線圈230和持久電流開關(guān)240的超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200還包括：低溫冷卻機(jī)，其包括冷頭301(具有第一冷卻級302和第二冷卻級303)，該冷頭由壓縮機(jī)270驅(qū)動以冷卻低溫恒溫器210；和磁體控制器280，其被構(gòu)造成控制超導(dǎo)磁體(即，導(dǎo)電線圈230)的通電運(yùn)行。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200還包括第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202、第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204、第五導(dǎo)線導(dǎo)線205和第六導(dǎo)線導(dǎo)線206及第七導(dǎo)電導(dǎo)線207和第八導(dǎo)電導(dǎo)線208。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200是“低溫(cryofree)”系統(tǒng)或密封系統(tǒng)，其中，低溫恒溫器210并未設(shè)置用以向其增加低溫物質(zhì)(例如，液氦)的裝置。因此，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200包括冷卻板260，該冷卻板被連接到冷頭301并且通過冷頭301進(jìn)行冷卻。有利地，冷卻板260可以是充滿諸如液氦之類的低溫流體并且可使該低溫流體循環(huán)的封閉系統(tǒng)。反過來，冷卻板360將導(dǎo)電線圈230冷卻到諸如約4°k之類的溫度，在這種情況下，導(dǎo)電線圈230變得超導(dǎo)。

因此，在運(yùn)行中，在一些示例性實(shí)施例中，內(nèi)部區(qū)域212a的溫度可為約4.2°k。此外，隔熱罩213的溫度可為約40°k。在那種情況下，如果低溫恒溫器210外側(cè)的環(huán)境室溫例如為300°k，則越過由內(nèi)部區(qū)域212a限定的空間的溫降可處于從約4.2°k到約40°k的范圍中，并且越過由外部區(qū)域212b限定的空間的溫降可處于從約40°k到約300°k的范圍中。

持久電流開關(guān)240可包括經(jīng)由附接到小型加熱器的第七導(dǎo)電導(dǎo)線207和第八導(dǎo)電導(dǎo)線208越過導(dǎo)電線圈230的相對兩端聯(lián)接的一段超導(dǎo)線。

磁體控制器280可包括處理器和存儲器，該存儲器包括非易失性存儲器和易失性存儲器。該非易失性存儲器可存儲程序代碼或指令(軟件)，以致使處理器執(zhí)行一個或多個算法，來控制超導(dǎo)磁體系統(tǒng)280的運(yùn)行，例如為導(dǎo)電線圈230通電的過程。磁體控制器280可還被連接到開關(guān)215和225及第一導(dǎo)電導(dǎo)線202和第二導(dǎo)電導(dǎo)線204并且控制它們的運(yùn)行。

在一些實(shí)施例中，第五導(dǎo)電導(dǎo)線205和第六導(dǎo)電導(dǎo)線206均可以是低損耗導(dǎo)線，它們將少量外部熱量傳導(dǎo)到低溫恒溫器210的內(nèi)部區(qū)域212a。有利地，第五導(dǎo)電導(dǎo)線205和第六導(dǎo)電導(dǎo)線206均可由在相對高的溫度下經(jīng)歷超導(dǎo)性的材料制成，該相對高的溫度例如為大于50°k以及特別是處于77°k或約為77°k的溫度。有利地，第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204、及第五導(dǎo)電導(dǎo)線205和第六導(dǎo)電導(dǎo)線206可被以熱的方式錨固到隔熱罩213。在一些實(shí)施例中，第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204可由紫銅或黃銅制成。

在一種變型中，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200包括第一開關(guān)215和第二開關(guān)225，它們設(shè)置在低溫恒溫器210中并且被構(gòu)造成由磁體控制器280進(jìn)行控制，以便在導(dǎo)電(超導(dǎo))線圈230的通電期間，選擇性地分別將第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202連接到第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204。

在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200的另一變型中，第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202可均是可收縮的導(dǎo)線，它們在磁體控制器280的控制下是可收縮的且是可伸長的。第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202中的每一個均可被構(gòu)造成在收縮位置中，被全部設(shè)置在低溫恒溫器210的外部或者基本上全部設(shè)置在其外部，并且在延伸位置中，延伸到低溫恒溫器210中，并且與第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204接合并且(例如，經(jīng)由觸點(diǎn)或轉(zhuǎn)換開關(guān)215和225)電氣連接到這些導(dǎo)線203和204。

在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200的啟動運(yùn)行期間，持久電流開關(guān)240中的電線被加熱超過其轉(zhuǎn)變溫度，使得它變得是電阻性的。磁體控制器280關(guān)閉開關(guān)235并將外部電源連接到第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202，并由此(例如，經(jīng)由第五導(dǎo)電導(dǎo)線205、第六導(dǎo)電導(dǎo)線206、第七導(dǎo)電導(dǎo)線207和第八導(dǎo)電導(dǎo)線208)連接到導(dǎo)電線圈230。在一些實(shí)施例中，這可能意味著，磁體控制器280使第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202延伸到低溫恒溫器210中，以與第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204接合并(例如經(jīng)由觸點(diǎn)或轉(zhuǎn)換開關(guān)215和225)電氣連接到這些導(dǎo)線203和204。在其它實(shí)施例中，這可能意味著，磁體控制器280關(guān)閉第一開關(guān)215和第二開關(guān)225，以將第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202連接到第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204。

導(dǎo)電線圈230最初由外部電源供電，該外部電源使電流通過導(dǎo)電線圈230。由于持久電流開關(guān)240中的電線在啟動運(yùn)行期間被加熱，因此它的阻抗大體上大于導(dǎo)電線圈230的阻抗，使得來自外部電源的電流通過導(dǎo)電線圈230。隨著導(dǎo)電線圈230由冷卻板260冷卻，導(dǎo)電線圈230變得超導(dǎo)并且由此起到超導(dǎo)磁體的作用。

為了轉(zhuǎn)到持久模式，對通過導(dǎo)電線圈230的電流進(jìn)行調(diào)整，直到獲得所需磁場為止，隨后關(guān)閉持久電流開關(guān)240中的加熱器。在將加熱器關(guān)閉之后，持久電流開關(guān)240中的超導(dǎo)線冷卻到其超導(dǎo)溫度，從而使如上所述同樣是超導(dǎo)的導(dǎo)電線圈230短路。磁體控制器280隨后分別使第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202與第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204斷開連接，并且使外部電源與導(dǎo)電線圈230斷開連接。在一些實(shí)施例中，這可能意味著，磁體280從低溫恒溫器210縮回第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202，以便與第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204斷開接合及斷開電氣連接。在其它實(shí)施例中，這可能意味著，磁體控制器280打開第一開關(guān)215和第二開關(guān)225，以使第一導(dǎo)電導(dǎo)線201和第二導(dǎo)電導(dǎo)線202與第三導(dǎo)電導(dǎo)線203和第四導(dǎo)電導(dǎo)線204斷開連接。此后，導(dǎo)電(超導(dǎo))線圈230經(jīng)由在冷卻板260中循環(huán)的低溫流體(例如，液氦)通過冷頭301進(jìn)行冷卻。

如上所述，離散分子可被從非常小的泄漏處釋放到低溫恒溫器210的真空空間中。這種離散分子可變成用于傳熱的機(jī)構(gòu)。因此，吸氣器(在圖2中并未示出)可設(shè)置在低溫恒溫器210內(nèi)，并且特別是低溫恒溫器的內(nèi)部區(qū)域212a內(nèi)，該內(nèi)部區(qū)域212a被保持處于非常低的溫度(例如，低于20°k)，以便吸收那些離散分子。然而，如果允許例如由于壓縮機(jī)270的故障或由于交流主電源的損耗或由于其它原因?qū)е聦ξ鼩馄鬟M(jìn)行加熱，則已由吸氣器捕獲到的離散分子可被釋放到低溫恒溫器210中，這會加熱超導(dǎo)線圈230并且導(dǎo)致磁場的淬熄(quench)。如果這種情況發(fā)生，則啟動程序可能必須被重復(fù)進(jìn)行。另外，可能需要低溫恒溫器的昂貴而耗時的真空泵從低溫恒溫器210中移除所釋放的分子。

因此，已經(jīng)研展了一種用于在失冷的情況下在諸如超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200之類的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的低溫恒溫器中保持真空的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)和方法的示例將參照圖3和圖4進(jìn)行描述。

圖3示出了可在可被包括在mri裝置中的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中使用的用于吸氣器的冷卻布置結(jié)構(gòu)300的示例性實(shí)施例。特別地，布置結(jié)構(gòu)300可被包括在超導(dǎo)磁體系統(tǒng)200中，并且可被包括在mri裝置100中。

圖3示出了真空室/低溫恒溫器210、隔熱罩213、內(nèi)部區(qū)域212a、外部區(qū)域212b和冷頭301(包括第一級302和第二級303)，同樣如圖2中所示。圖3還示出了：由冷頭301提供的的第一冷卻站311和第二冷卻站312；第一吸氣劑310和第二吸氣劑320；對流冷卻回路330；蓄熱體340；熱反射結(jié)構(gòu)350；多個第一低導(dǎo)熱性支承元件360；多個第二低導(dǎo)熱性支承元件362；多個第三低導(dǎo)熱性支承元件364；和低溫室370。

第一冷卻站311、第一吸氣劑310和第二吸氣劑320、對流冷卻回路330、蓄熱體340、熱反射結(jié)構(gòu)350、第二低導(dǎo)熱性支承元件362、第三低導(dǎo)熱性支承元件364和低溫室370都設(shè)置在內(nèi)部區(qū)域212a內(nèi)。在運(yùn)行中，內(nèi)部區(qū)域212a可被保持處于低于20°k的溫度；在一些實(shí)施例中，處于約4.2°k的溫度。在這種情況下，第一冷卻站311可被稱為4°k冷卻站。第二冷卻站312和第一低導(dǎo)熱性支承元件360被設(shè)置在外部區(qū)域212b內(nèi)。在運(yùn)行中，內(nèi)部區(qū)域212b可被保持處于低于70°k的溫度；在一些實(shí)施例中，處于約40°k的溫度。在這種情況下，第二冷卻站312可被稱為40°k冷卻站。此外，低溫室370可被稱為4°k室。

在一些實(shí)施例中，對流冷卻回路330包括充滿加壓低溫氣體(例如加壓氦氣)的一個或多個金屬(例如，不銹鋼)管。對流冷卻回路330被連接在蓄熱體340和第一冷卻站311之間。

蓄熱體340鄰近于第一吸氣劑310并且與第一吸氣劑310熱連通，以便從第一吸氣劑310中吸收熱量。這里，“鄰近”被理解為，意指非常接近但并不必然需要直接接觸。然而，在一些實(shí)施例中，蓄熱體340可與第一吸氣劑310直接接觸。在一些實(shí)施例中，蓄熱體340可被經(jīng)由具有非常低的熱阻抗的一些中間聯(lián)接元件(例如導(dǎo)熱墊圈、熱油脂等)熱連接到第一吸氣劑310，這些中間聯(lián)接元件可有效地?zé)崧?lián)接從第一吸氣劑310到第一冷卻站311的所有或幾乎所有熱能。有利地，蓄熱體340能夠從處于非常低的溫度(例如，低于約20°k的溫度)下的第一吸氣劑310吸收相當(dāng)多的熱能。有利地，蓄熱體340具有比第一冷卻站311大得多的熱容量。在一些實(shí)施例中，對于從4°k到20°k的溫度變化來說，蓄熱體340能夠吸收至少10千焦的熱能。在一些實(shí)施例中，對于從4°k到20°k的溫度變化來說，蓄熱體340能夠吸收至少50千焦的熱能。值得注意的是，第一冷卻站311設(shè)置在真空室/低溫恒溫器310內(nèi)，處于比設(shè)置蓄熱體340的高度高的高度處。也就是說，第一冷卻站311設(shè)置在真空室/低溫恒溫器310內(nèi)，相對于地表位于蓄熱體的上方(但并非必需位于其正上方)。

有利地，在所示實(shí)施例中，蓄熱體340另外被通過熱反射結(jié)構(gòu)350與超導(dǎo)磁體(導(dǎo)電線圈230)在一定程度上熱絕緣，該熱反射結(jié)構(gòu)350被設(shè)置在介于蓄熱體340和隔熱罩213之間的內(nèi)部區(qū)域212a中，并且部分地環(huán)繞蓄熱體340。在一些實(shí)施例中，可省略掉熱反射結(jié)構(gòu)350。

此外，在所示實(shí)施例中，蓄熱體340被通過多個第三低導(dǎo)熱性支承元件364連接或附接于低溫室370，但與其熱絕緣。有利地，除了第三低導(dǎo)熱性支承元件364之外，蓄熱體340以其它方式與低溫室370隔離開。此外，低溫室370被通過多個第二低導(dǎo)熱性支承元件362連接或附接于隔熱罩213，但是與其熱絕緣。有利地，除第二低導(dǎo)熱性支承元件362之外，低溫室370以其它方式與隔熱罩213隔離開。因此，低溫室370可以是內(nèi)部區(qū)域212a內(nèi)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，其可起到用于蓄熱體340的支承結(jié)構(gòu)框架的作用。最后，隔熱罩213被通過多個第一低導(dǎo)熱性支承元件360連接或附接于真空室/低溫恒溫器210的一個或多個壁，但是與其熱絕緣。有利地，除了第一低導(dǎo)熱性支承元件350之外，隔熱罩213被以其它方式與真空室/低溫恒溫器210隔離開。

在一些實(shí)施例中，第一低導(dǎo)熱性支承元件360、第二低導(dǎo)熱性支承元件362和第三低導(dǎo)熱性支承元件364可均包括具有高機(jī)械強(qiáng)度和低導(dǎo)熱性的玻璃纖維、pvc或陶器帶。

在此，當(dāng)據(jù)說元件360、362和364具有“低”導(dǎo)熱性時，所明白的是，這可由這些元件能夠越過這些元件的給定溫差提供的最大熱能傳遞所限定。特別地，在一些實(shí)施例中，對于從隔熱罩213處的40°k到低溫恒溫器310的壁處的300°k的溫差，第一低導(dǎo)熱性支承元件360可共同地支持不超過幾瓦特的最大傳熱。在一些實(shí)施例中，處于這些狀況下的最大傳熱可能為1瓦特或更少。同樣，在一些實(shí)施例中，對于從低溫室370處的4°k到隔熱罩213處的40°k的溫差，第二低導(dǎo)熱性支承元件362可共同地支持不超過100毫瓦的最大傳熱。在一些實(shí)施例中，處于這些狀況下的最大傳熱可以為50毫瓦或更少。最后，在一些實(shí)施例中，對于從蓄熱體340處的20°k到低溫室370處的80°k的溫差，第三低導(dǎo)熱性支承元件364可共同地支持至多10毫瓦的最大傳熱。在一些實(shí)施例中，處于這些狀況下的最大傳熱可以為5毫瓦或更少。

現(xiàn)在將提供一種說明，該說明關(guān)于圖3中所示的系統(tǒng)或布置結(jié)構(gòu)300如何在來自冷頭301的冷卻喪失的情況下將低溫恒溫器210中的真空保持延長的時期。

在正常運(yùn)行中，冷頭301將第一冷卻站311冷卻至低溫，例如約4°k。同時，對流冷卻回路330對蓄熱體340進(jìn)行冷卻，該蓄熱體又對第一吸氣劑310進(jìn)行冷卻。也就是說，當(dāng)蓄熱體340在低溫恒溫器210內(nèi)被定位在比第一冷卻站311低的高度處時，從蓄熱體340通過對流冷卻回路到第一冷卻站311的熱量將增加。由此，第一冷卻站經(jīng)由第一冷卻回路330冷卻第一吸氣劑310。當(dāng)?shù)谝晃鼩鈩?10達(dá)到足夠低的溫度(例如，低于20°k)時，則它吸收可能存在于低溫恒溫器210中的離散分子5。只要冷頭301處于運(yùn)行中，則它經(jīng)由對流冷卻回路330和蓄熱體340的作用將第一吸氣劑310保持處于或低于足夠低的溫度，。

當(dāng)冷卻能力喪失時，也就是說，當(dāng)冷頭301不再運(yùn)行—例如，由于壓縮機(jī)270的故障、交流主電源的損耗、其中安裝有低溫恒溫器210的mri裝置(例如，mri裝置100)的運(yùn)輸期間等等—則低溫恒溫器210內(nèi)的溫度將隨著超導(dǎo)磁體(導(dǎo)電線圈230)加熱而開始上升。當(dāng)這種情況發(fā)生時、則第一冷卻站311的溫度將同樣開始上升。

通常，蓄熱體340具有足夠大的熱容量和比第一冷卻站311低得多的導(dǎo)熱性。因此，該第一冷卻站311的溫度將比蓄熱體340的溫度更快地上升。當(dāng)這種情況發(fā)生，并且第一冷卻站311的溫度上升到比蓄熱體340的溫度高的溫度時，對流冷卻回路330將蓄熱體340與第一冷卻站311基本上熱絕緣。對此的原因在于，對流冷卻回路330經(jīng)由對流傳遞熱量，并且由此沿著熱量上升的方向上傳遞熱量。然而，由于第一冷卻站311在真空室/低溫恒溫器310內(nèi)設(shè)置在比蓄熱體340設(shè)置的高度高的高度處，因此，在第一冷卻站311的溫度比蓄熱體340的溫度高的情況下，熱量并不會通過對流冷卻回路從第一冷卻站311傳遞到蓄熱體340。所明白的是，少得多的熱量可經(jīng)由對流冷卻回路330的金屬管或管道的傳導(dǎo)從蓄熱體340傳遞到冷卻站311。因此在此，術(shù)語“基本上熱絕緣”被理解為具有特定含義，也就是防止兩個部件之間出現(xiàn)對流冷卻，并且任何其余的熱連接僅經(jīng)由傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。

同時，蓄熱體340繼續(xù)吸收來自第一吸氣劑310的熱量，從而使得一個時期延長，在這個時期期間，第一吸氣劑310保持起作用以捕獲和保持可能存在于低溫恒溫器210內(nèi)的離散分子。此外，熱量并不會輕易地被蓄熱體340從其周圍吸收，這是因?yàn)樗揽康谝坏蛯?dǎo)熱性支承元件360、第二低導(dǎo)熱性支承元件362和第三低導(dǎo)熱性支承元件364相對于隔熱罩213的溫度和真空室/低溫恒溫器213的壁基本上熱浮動。因此，低溫恒溫器210內(nèi)的真空可被保持延長的時期，以穿越低溫冷卻機(jī)并不運(yùn)轉(zhuǎn)時的時期。

在一些實(shí)施例中，第一吸氣劑310和第二吸氣劑320可均包括活性炭。在一些實(shí)施例中，可提供第二吸氣劑320以便在當(dāng)蓄熱體340和第一吸氣劑310仍然正被冷卻至工作溫度(例如，低于20°k)時的時間期間捕獲離散分子5。在一些實(shí)施例中，可省略掉第二吸氣劑320。

在一些實(shí)施例中，蓄熱體340可包括由人造冰構(gòu)成的蓄熱體。人造冰是相對便宜的，并且它的焓是溫度高達(dá)20°k的紫銅的焓的20倍，從而使得它是一種對于將吸氣劑320的溫度保持低于它在冷頭301失冷的情況下開始釋放捕獲到的分子的溫度是有利的物質(zhì)。

圖4示出了當(dāng)冷卻被中斷時，保持超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中的真空的方法400的一些示例性單元。

在方法400的單元410中，將蓄熱體與真空室的外壁熱絕緣。如上所述，在一些實(shí)施例中，這可經(jīng)由多個低導(dǎo)熱性支承元件來實(shí)現(xiàn)。

在方法400的另一個單元420中，將蓄熱體在真空室內(nèi)設(shè)置成鄰近吸氣劑并且與吸氣劑熱連通以從第一吸氣劑中吸收熱量。

在方法400的另一單元430中，設(shè)置在真空室內(nèi)處于比設(shè)置蓄熱體的高度高的高度處的冷卻站對蓄熱體進(jìn)行冷卻，該蓄熱體又對吸氣劑進(jìn)行冷卻。在此，冷卻經(jīng)由連接在蓄熱體和冷卻站之間的對流冷卻回路來實(shí)施。

在方法400的另一單元440中，冷卻后的吸氣吸收真空室內(nèi)的離散分子。

在方法400的另一單元450中，當(dāng)冷卻站處于比蓄熱體高的溫度時—例如，當(dāng)對冷卻站進(jìn)行冷卻的低溫冷卻機(jī)并未運(yùn)行時—，該對流冷卻回路將蓄熱體與冷卻站基本上熱絕緣。因此，甚至是在不再向真空室/低溫恒溫器提供冷卻時，該吸氣劑也保持處于其正常運(yùn)行所必需的低溫下持續(xù)延長的時期。

雖然在本文中公開了優(yōu)選實(shí)施例，但許多變化都是可能的，這些變化都保持在本發(fā)明的概念和范圍內(nèi)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在審視于此的專利說明書、附圖和權(quán)利要求之后，這種變化會變得清晰。因此，本發(fā)明并不受限于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。