18 сентября 2017

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН представил доклад “Performance test of 1.5 T cryogen free orthopedic MRI magnet”, авторы A. Bagdinov*, E. Demikhov, E. Kostrov*, V. Lysenko, N. Piskunov*, A. Rybakov, Y. Tysyachnykh, посвященный результатам испытания безжидкостного ортопедического томографа 1.5. Тл. Предложен и экспериментально подтвержден метод увеличения скорости охлаждения магнита до рабочей температуры. Экспериментально изучена стабильность магнита при отключении электрического питания на период до 6 минут. (*Bagdinov, Kostrov, Piskunov – в настоящее время являются сотрудниками ООО ”МРТ-Крио”). Изготовлен и испытан ортопедический безжидкостной томограф c отверстием 325 мм и длиной 600 мм.

Схема и фото магнита представлены на рисунке:

Схема безжидкостного сверхпроводящего магнита. 1- криогенный рефрижератор Pulse tube, 2- горловина рефрижератора, 3- тепловой экран, 4- внешний корпус криостата, 5- сверхпроводящий ключ, 6 — алюминиевый каркас, 7 — сверхпроводящие обмотки, 8 — токовводы.

Источником охлаждения магнита служит криогенный рефрижератор замкнутого цикла Pulse tube с холодопроизводительностью 1 Вт при 4.2 К. Активно экранированный магнит изготовлен из сверхпроводника на основе NbTi. Токовводы - комбинированные (латунь в интервале от комнаты до теплового экрана, ВТСП — от теплового экрана 50 К до сверхпроводящего магнита) в несъемном исполнении.

Основные параметры магнита представлены в таблице:

Захолаживание магнита до рабочей температуры занимает около 150 часов (график 1), при этом первая ступень рефрижератора, охлаждающая тепловой экран, достигает своей рабочей температуры 50 К менее, чем за 20 часов.

Таким образом, обеспечив тепловой контакт 1й и 2й ступеней рефрижератора во время захолаживания, возможно сократить время выхода магнита на рабочий режим. Наиболее простым способом улучшить тепловой контакт 1й и 2й ступеней рефрижератора является заполнение горловины рефрижератора теплообменным газом — гелием, что позволяет уменьшить время захолаживания магнита примерно на 50 часов (график 2). При этом происходит теплообмен между ступенями рефрижератора за счет конвекции. Важным параметром безжидкостного магнита является время работы при отключении электрического питания. Была проведена серия экспериментов по отключению гелиевого компрессора. Результаты представлены на графике:

Допустимым является отключение источника охлаждения на период до 5 минут, при этом температура сверхпроводящего магнита достигает 5.6 К. Далее, при включении рефрижератора температура снижается до рабочего значения.

Автор обзора: к.ф.м-н, инженер ООО МРТ-КРИО, Костров Е.А.