[发明专利]带有辅助超导开关的超导磁体失超保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对超导磁体失超的保护装置，特别涉及用于MRI或NMR成像系统中 的超导磁体在失超时不被损坏的保护装置。

背景技术

用于超导磁体的超导体只有在满足特定条件(如温度、磁场、电流密度)时才能体现超 导特性。一旦条件被破坏，超导体将会发生失超。比如，当超导磁体线圈摩擦运动时产生的 能量扰动加热一段超导线导致其温度高于临界温度时就会发生失超现象。被加热的那段超导 线转变成带有一定电阻的正常状态，由此形成的焦耳热将进一步升高正常区域的温度和增加 正常区域的大小。

超导磁体可能储存有兆焦耳数量级的能量，在失超后，这些能量将在超导磁体的电阻体 积中被消耗。为了得到MRI或NMR成像系统中所需要的磁场均匀性，超导磁体被划分成多 个子线圈，这些子线圈围绕超导磁体轴线且在空间隔开，以使它们之间没有热连接。如果不 适当地处理失超过程，就会在失超的子线圈中消耗整个超导磁体的能量，从而引起局部温度 上升。严重的局部过热可能烧焦绝缘或熔化导体，同时失超也可能产生高电压击穿绝缘。因 此必须采取有效的措施对超导磁体的失超进行保护。

最有效的保护方法就是通过扩展失超过程来避免有害的热量集中，使热量尽可能均匀消 耗在整个超导磁体上。如果超导磁体在某一线圈的局部发生失超后，迅速扩展到整个超导磁 体，导致全部失超，就意味着没有一个部分会达到危险温度。在用于MRI或NMR成像系统 中的超导磁体中，一般通过向与超导线圈紧密热接触的加热器施加电流来实现有意的失超启 动。一般每个超导线圈将配备有一个或多个加热器。

传统的被动失超保护系统中，触发所有子线圈失超的加热器的供电源取自某几个子线圈 在失超后产生的端电压。但是超导磁体失超后，子线圈的端电压上升的非常缓慢，这就导致 加热器在超导磁体某一子线圈失超后需要过很长时间才能加热触发所有子线圈失超，可能会 导致失超发生点的温度过高，损坏超导磁体。

传统的被动式失超保护系统中一般都在超导磁体的各个子线圈两端并联一个由二极管 和电阻串联组成的分流电路。当超导磁体中某一子线圈不幸发生失超后，随着正常区域电阻 的增大，此子线圈流通的电流将越来越多地分流到分流电路中去，且这一过程迅速。如果利 用分流电路中电流来加热失超一个辅助超导开关，再利用辅助超导开关的端电压来给加热器 供电，就能快速触发超导磁体中所有子线圈失超。

发明内容

本发明的目的是克服传统被动失超保护方法中加热器触发线圈失超时间过长的缺点，根 据被动式失超保护系统的特点，提出一种新的失超保护装置。

本发明失超保护装置所适用的超导磁体由多个子线圈串联组成，子线圈之间在空间上隔 开且没有热接触。超导磁体两端并联有主超导开关，以实现超导磁体的持久模式运行。

本发明的失超保护装置由辅助超导开关和子线圈加热器电路组成。辅助超导开关同超导 磁体串联，子线圈加热器电路并联在辅助超导开关两端。