[发明专利]用于包含超导磁体的冷冻剂容器的失超路径

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于包含超导磁体的冷冻剂容器的失超路径。

背景技术

超导磁体是熟知的并用于若干场合，例如，仅举几个例子，磁共振成像(MRI)、核磁共振(NMR)光谱学、粒子加速和能量存储。一般地，磁体包括超导线的线圈，其在液体冷冻剂池中冷却。液氦和液氮是常用的冷冻剂，但还知道其它的一些。

超导磁体所承受的困难在于失超(quench)。在操作中，大电流(一般数百安培)围绕包括许多圈导线的闭合超导环循环。如果由于某些原因超导线的任何部分被加热，或者受到无法承受的强磁场，它将被失超，回复到电阻状态。通过所述电阻部分的电流将生热，并导致磁体相邻部分的失超。失超将传播，磁体产生的热量将使得液体冷冻剂沸腾掉。必须提供足够的防护系统以允许沸腾的冷冻剂逃离冷冻剂容器而不会达到危险的高压，并且不会有与周围人员接触的危险。接触冷冻剂的危险包括冻伤和窒息。

下面将描述传统的防护系统。它包括爆破盘和/或阀，其封闭通往大气或者冷冻剂回收系统的相对宽的孔道(bore path)。当冷冻剂容器内的压力超过某一极限时，阀将打开或爆破盘将破裂，从而允许冷冻剂从冷冻剂容器安全出来。

图1示出低温恒温器的常规配置，包括部分地充注有液体冷冻剂22的冷冻剂容器12。冷却的超导磁体10设置在冷冻剂容器12中，冷冻剂容器12自身保持在外真空室(OVC)14内。一个或多个热辐射防护件16设置在冷冻剂容器12和外真空室14之间的真空空间中。在一些已知的配置中，冷冻器17安装在冷冻器座15中，朝向低温恒温器侧，而冷冻器座15位于用于该目的而设置的转塔18中。或者，冷冻器17可以位于通道转塔19中，该通道转塔19保持通道颈部20，位于低温恒温器顶部。冷冻器17提供有效冷却以冷却冷冻剂容器12内的冷冻剂气体，在一些配置中通过将冷冻剂气体冷凝为液体而进行。冷冻器17还可用以冷却辐射防护件16。如图1所示，冷冻器17可以是两段式冷冻器。第一冷却段热连接到辐射防护件16，并提供冷却到第一温度，典型地在80-100K范围。第二冷却段提供冷却冷冻剂气体到低很多的温度，典型地在4-10K范围。

通道颈部20允许通向冷冻剂容器12，用于充注冷冻剂，并允许磁体的电连接从低温恒温器引出。转塔盖24围绕通道颈部20并提供冷冻剂容器与大气的密封。通道颈部20可以通过阀或者爆破盘封闭。

典型地，设置失超阀26，从而密封从转塔盖24出来的失超路径。在失超的情形下，冷冻剂容器12内不断增大的压力将使得封闭通道颈部20的任何阀或爆破盘打开。转塔盖24将充满冷冻剂气体，并且如果气体压力足够高，失超阀26将打开。冷冻剂气体，以及还可能的液体冷冻剂，将从失超阀26出来通向大气或冷冻剂回收设备。

重要的是，冷冻剂具有通畅的逃离路径，以使得在失超的情形下它能够从冷冻剂容器快速逃离。如果冷冻剂逃离路径被阻挡并发生失超，在冷冻剂容器内会建立起危险的高压，并可能导致爆炸。为了避免该危险，传统上，已经提供单独的辅助通风孔作为在通道颈部20阻塞的情形下作为防失效的冷冻剂外出路径。如果通往通道颈部20的主失超路径由于任何原因阻挡，冷冻剂仍能够逃离通过辅助通风孔，尽管比通过通道颈部20的压力高。

图2更详细地示出传统的失超路径配置。通道颈部20围绕中空流体导引件(current lead)21。设置热拦截件26，该热拦截件26热连接到热辐射防护部16，因此通过冷冻器17冷却。热拦截件26冷却，并机械地支撑流体导引件21。在热拦截件中设置孔，以允许失超外出路径28穿过热拦截件。通道颈部20可以向转塔盖24的内部开放，或者可以通过阀或爆破盘封闭。一般地，通道颈部是打开的。在一些已知配置中，流体引导件21是中空的，在其内部设置部分的辅助通风孔路径281。流体导引件21可经由接合到转塔的GRP导管或类似物282并由此经由肘状部和旋转导管(未示出)通过爆破隔片或等价物连接到失超回收线路。