СОЛЕНОИД ДЛЯ МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА ДЛЯ ТРАВМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использована для магниторезонансного томографа для травматологической диагностики.
Известен соленоид, компактная сильнопольная сверхпроводящая магнитная система, описанная в (Сборник трудов по прикладной сверхпроводимости, том 12, №1, март 2002 г., с.484). Устройство состоит из отдельных секций CMC, которые наматываются на каркасы, выполненные из нержавеющей стали и соединяются последовательно друг с другом. Параллельно каждой секции подсоединены разрядные элементы, расположенные внутри криостата. В качестве разрядных элементов 2 используют активные сопротивления. Начало первой секции и конец последней подключены к источнику питания.
Однако к недостаткам известного устройства можно отнести следующее: большая плотность запасенной энергии приводит к тому, что переход CMC в нормальное состояние происходит очень интенсивно. Практически вся запасенная энергия (более 95%) за короткое время (0.2÷2С) выделяется в активном объеме магнита, что приводит к значительному градиенту изменения тока и неравномерному разогреву материала обмотки. В результате чего возникают большие электрические и механические напряжения, являющиеся основными причинами повреждения магнитов. Особенно очень сильно увеличивается вероятность повреждения секций в компактных CMC, где плотность запасенной энергии значительно возрастает.
Наиболее близким то технической сущности и достигаемому эффекту является соленоид, описанный в заявке на патент США №2009/0128270 A1. Ha фиг.1 показана типичная конфигурация этого устройства. Сверхпроводящие катушки (34) размещены внутри гелиевого контейнера (2). Катушки основной обмотки размещены на внутреннем каркасе. Экранирующие катушки размещены снаружи основной обмотки на отдельных каркасах, соединенных с внутренним каркасом с помощью крепежных элементов 1. Конструкция должна обеспечивать высокую точность положения катушек относительного друг друга, что требует изготовления и монтажа крепежных элементов 1 с очень высокой точностью.
Недостатками известного устройства являются следующее:
1. Внешние экранирующие катушки закреплены по отдельности. Элементы крепления каркаса каждой из катушек должны выдерживать значительные пондеромоторные силы, действующие на катушки.
2. Все катушки соленоида наматываются с проклейкой эпоксидной смолой, что значительно повышает трудоемкость их изготовления.
3. Изолирующие прокладки при намотке катушек укладываются между каждыми слоями обмотки, что приводит к существенному утолщению катушек.
Задачей полезной модели является создание нового более эффективного в конструкторском исполнении соленоида, способного выдерживать значительные пондеромоторные силы, действующие на катушки.
Поставленная задача решается заявляемым соленоидом для магниторезонансного томографа для травматологической диагностики, содержащим размещенные внутри контейнера, заполненного жидким гелием, Сверхпроводящие катушки основной обмотки, смонтированные на внутреннем каркасе, и сверхпроводящие катушки экранирующей обмотки, размещенные снаружи основой обмотки, который дополнительно содержит единый каркас для сверхпроводящих катушек экранирующей обмотки, при этом единый каркас экранирующей обмотки прикреплен к внутреннему каркасу посредством опорных центрирующих дисков, устанавливаемых по краю каркасов, и имеет фиксацию в продольном направлении болтовыми соединениями, размещенными с одной стороны по торцу каркасов. В соленоиде для магниторезонансного томографа для травматологической диагностики две крайние катушки внутреннего каркаса имеют компаундирование. Катушки внутреннего каркаса между каждыми тремя или четырьмя слоями обмотки снабжены изолирующими прокладками из стеклоткани, пропитанной эпоксидным или кремнийорганическим связующим.
Сущность полезной модели состоит в следующем. Заявляемый соленоид представляет собой систему из 8 концентричных катушек, намотанных сверхпроводящим проводом на каркасах из стеклотекстолита. Общий вид соленоида показан на фиг.2.
Конструкция включает в себя внутренний каркас (1), на котором находятся шесть катушек основной обмотки; наружный каркас (2), на котором находятся две катушки экранирующей обмотки; опорный диск (3) и фланец (4), которые служат для центрирования каркасов.
Жесткая фиксация каркасов в продольном направлении обеспечивается за счет фланца (4). В нем имеется два ряда расположенных по кругу отверстий, через которые проходят шпильки, вкрученные в боковые стенки каркасов. В верхней и нижней части наружный каркас имеет несколько отверстий, служащих для улучшения теплообмена при захолаживании соленоида, а также для отвода испарившегося газа из внутренней полости. Отверстия в верхней части наружного каркаса используются кроме того для вывода наружу концов обмотки.
После изготовления сверхпроводящих катушек (5) поверх них наматываются бандажи (6) из нескольких слоев нержавеющей проволоки. Бандажи служат для предотвращения смещений сверхпроводника на внешних слоях обмотки. При намотке катушек производится компаундирование двух крайних катушек внутреннего каркаса. Все остальные катушки изготавливаются без компаундирования. Между каждыми тремя либо четырьмя слоями обмотки укладываются изолирующие прокладки из стеклоткани, пропитанной эпоксидным либо кремнийорганическим связующим.
Участки сверхпроводящего провода, соединяющие разные катушки, закрепляются пайкой на медных полосах - подложках. Полосы шириной примерно 10 мм прокладываются поверх каркаса в продольном направлении и крепятся к нему винтами. Для соединения между собой обмоток на каркасах (1) и (2) прокладываются аналогичные полосы в радиальном направлении, проходящие через отверстия в каркасе (2). Катушки экранирующей обмотки соединяются с основными таким образом, чтобы направление токов в них было встречным.
Параллельно соленоиду подключается сверхпроводящий тепловой ключ, который служит для обеспечения режима замороженного потока. Ключ представляет собой небольшую безиндуктивную катушку, намотанную на каркасе из текстолита композитным ниобий-титановым проводом. Безиндуктивность ключа обеспечивается за счет бифилярной намотки. По наружной поверхности ключ изолирован от среды жидкого гелия несколькими слоями стеклоткани, проклеенной эпоксидным компаундом. Обмотка ключа снабжена нагревателем, служащим для перевода ключа в нормальное состояние, что необходимо при заведении тока в соленоид.
Отличиями заявляемого соленоида от прототипа являются следующее:
1. Крепление каркаса экранирующих обмоток (2) к внутреннему каркасу (1) осуществляется с помощью опорных диска (3) и фланца (4), устанавливаемых по краям каркасов. Это облегчает сборку и способствует лучшему центрированию каркасов.
2. Обе экранирующие катушки расположены на одном каркасе. В результате, пондеромоторные силы, действующие на катушки, взаимно компенсируются. Суммарная сила, действующая на каркас, равна нулю. Таким образом, элементы крепления каркаса не подвергаются значительной нагрузке со стороны пондеромоторных сил.
3. Намотка катушек производится с проклейкой двух крайних катушек внутреннего каркаса. Остальные катушки наматываются без проклейки.
4. Изолирующие прокладки при намотке катушек укладываются между каждыми тремя либо четырьмя слоями обмотки. Изолирующие прокладки изготавливаются из стеклоткани, пропитанной эпоксидным либо кремнийорганическим связующим.
Таким образом, заявляемый соленоид для магниторезонансного томографа для травматологической диагностики более эффективен в конструкторском исполнении, способен выдерживать значительные пондеромоторные силы, действующие на катушки.