[发明专利]用于低温自由磁体的管形热开关

说明书

技术领域

本申请具体地用于将超导体冷却至其临界温度以下的冷却过程和系统中，例如超导磁共振成像或波谱磁体（spectroscopy magnet）。然而，应当理解所描述的技术也可以应用在其它类型的医疗系统、其它冷却系统和/或其它冷却应用中。

背景技术

用于冷却超导MRI磁体的常规冷却系统利用填充有液态低温流体（例如，液态氦等）的昂贵且占据相当大的空间的大杜瓦瓶。

在最初冷却期间，通常利用第一级冷却器将氦气和磁体冷却到大约25开尔文（K）。第二级冷却器将氦从25K冷却至其4.2K的冷凝温度。

一旦温度达到25K以下，较暖的25K第一级就从第二级热断开。在大约25K的温度附近，有效的热切换可能不方便且复杂。

本领域对促进热切换用于MRI磁体的两级再生低温冷却系统的第一级的系统和方法的需要有待满足。

发明内容

根据一个方面，一种促进第一与第二冷却级之间无源切换以冷却超导体的低温冷却系统包括：第一级冷却器、热耦合至所述第一级冷却器的第一热交换器、第二级冷却器以及热耦合至所述第二级冷却器第二热交换器。所述系统还包括下流导管和上流导管，较稠的冷却气体通过所述下流导管从所述第一热交换器向下流至所述第二热交换器，当所述第二热交换器比所述第一热交换器更暖时，较稀较暖的气体通过所述上流导管从所述第一热交换器向上流至所述第二热交换器。另外，所述系统包括热耦合至所述第二热交换器的超导体。

根据另一方面，一种将超导体冷却至超导温度的方法包括：通过使用第一级冷却器来将工作气体冷却至第一级温度；允许冷却的工作气体从第一热交换器向下流至第二热交换器，所述第二热交换器与所述超导体热接触并且从所述超导体吸收热量；以及允许变暖的工作气体从所述第二热交换器向上流至所述第一热交换器。所述方法还包括：从所述变暖的工作气体耗散热量，并且将所述工作气体重新冷却至所述第一级温度；以及一旦所述第二热交换器大约达到所述第一级温度，就利用热耦合至所述超导体的第二级冷却器来将所述超导体冷却至超导温度。

根据再一方面，一种用于将超导磁体冷却至操作温度的设备包括：用于将工作气体冷却至大约25K的模块；以及用于使所述工作气体循环并且通过对流从所述超导磁体带走热量直到所述超导磁体大约为25K的模块。所述设备还包括用于将所述超导磁体从大约25K冷却至大约4K并且在操作期间将所述超导磁体保持在大约4K的模块。

一个优点是切换操作是无源的，并且不需要机械或运动部分。

另一优点是使在大约4开尔文（K）时低温冷却器第一级与磁体之间的热隔离最大化。

再一优点在于在全部温度范围内的高压、稠密的气体操作。

本领域技术人员通过阅读并理解以下详细描述将会领会本主题的新发明的进一步的优点。

附图说明

附图的目的仅在于说明各个方面，而不应解释为构成限制。

图1示出了包括两级低温冷却系统的磁共振（MR）系统，该磁共振系统以局部截面的形式示出，以图解地揭示所选的内部部件。

图2示出了根据此处描述的各个实施例的具有管形热开关的两级低温冷却系统。

图3示出了根据此处描述的一个或多个方面的用于无源地调节热开关的工艺流程，该热开关用于控制两级低温冷却器的操作，以便将MRI磁体从室温冷却至大约4K。

具体实施方式

在这里公开了通过使用具有管形热开关的两级低温冷却器来将MRI磁体或其它超导体冷却至诸如大约4K的其超导温度的系统和方法，该管形热开关在所选温度（例如，大约25K）时无源地热断开系统的第一级并激活系统的第二级。参考图1，磁共振（MR）系统包括MR扫描器10，MR扫描器10包括通常为圆柱形或环形的外壳12，该外壳12在图1中以局部截面的形式示出，以图解地揭示所选的内部部件。外壳12限定了与外壳12的圆柱形或环形轴16同轴的空腔14。对象容纳在空腔14中，以便成像。由螺线管形导电绕组所限定的热屏蔽的主磁体20产生静磁场（B₀），该静磁场（B₀）的场方向至少在空腔14的检查区域内大体上平行于圆柱形或环形轴。主磁体20的绕组是超导的；诸如由包含氦气或其它工作气体（例如，热交换气体）的真空室或杜瓦瓶以及其它形式的热绝缘等来对主磁体20的绕组进行热隔离，以使加热最小化。