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磁共振用两种常见冷头的区别

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发表于 2021-12-20 10:48:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
磁共振用两种常见冷头的区别
    冷头提供的冷源分别为冷凝器和冷屏服务,使蒸发的液氦通过冷凝器冷凝为液态实现氦舱温度、压力的动态平衡,并作用于冷屏,有效减少液氦的挥发。目前两种常见冷头分别是10K和4K冷头。
(1)10K冷头
    顾名思义冷头的制冷效果可以将磁体内部的氦气温度重新降低到10K。
    由于10K还没有达到氦气的液态点,因此10K冷头无法始终保持液氦的状态,磁体始终要通过泄压排出多余的氦气已保持磁体内部压力。因此10K冷头在运行中是要定期补充液氦的。
(2)4K冷头
    同理冷头的制冷效果可以将氦气降低到4K,也就是氦气液态点,从而直接将上层氦气变成液氦重新落下,因此磁体内部的氦气是可以变少的,这意味着不需要通过泄压就可以保持磁体内部的压力,所以4K冷头在运行中理论上是零消耗的,使用保持液氦的量是一定的。
    冷头的控制系统的作用主要是为了保持磁体压力在规定的范围。10K冷头控制系统较为简单,只需要一个单向阀对磁体内部氦气进行泄压,通过机械的方式就可以控制磁体压力。
    4K冷头的控制系统就非常复杂了。如果4K冷头一直工作会怎么样,蒸发的氦气不断地变成液氦落下,最终蒸发量小于制冷量,磁体的压力越来越小,直到变成负压,磁体外部的空气反向进入磁体。在4K的环境中空气会直接变成固体,因此磁体中最终会被冰完全填满,最终报废,这是大家绝对不愿意见到的结果。
    那么为了解决这个问题,设计者在磁体下方设置了一个加热器(Bath Heater),当磁体压力低于一个阈值的时候加热器打开,增加液氦的蒸发量,当压力高于阈值的时候加热器关闭,减小液氦蒸发量,由此就实现了4K冷头磁体内部的动态平衡。

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