老王从真空液氦腔体出发,通过回顾气体状态方程以及其对应的不同温度,压力,体积状态,对Blue Seal技术液氦腔体中氦气的状态进行了初步的讲解。

回答:Blue Seal磁体使用的也是住友公司生产的冷头,其功率是1.5W,而氦气压缩机使用的也是与传统Ingenia 1.5T相同的F-40压缩机,因此基本不存在耗电量大的问题。进一步来说,能提出制冷机这个概念那基本上就说明他不懂MR硬件,老王讲过很多次超导MR的制冷系统,冷头,氦气压缩机,初级水冷共同构成了MR的制冷系统,初级水冷机的功率大体上取决于梯度放大器,射频放大器和氦压机的制冷需求,而Blue Seal既然氦压机也F-40,那么初级水冷机的功率也就和普通的Ingenia 1.5T设备一致,不存在成本高维护费用大的问题。
疑问二:磁体腔体从2000L液氦减少到7L液氦,那正常磁体里面不放液氦放成低温氦气不就行了,反正超导线圈的超导温度也高于4K,这个技术国产厂家都有。
回答:从实验室的角度来看这句话说的没错,而且国产厂家新xxx也已经有类似的技术面世了,但是这仅仅是理论。具体来看为了保持磁体内部始终处于氦气的状态,那就需要冷头控制磁体腔体的温度在一个非常小的范围,既不能液化,也不能温度过高,那么冷头需要重新制作甚至需要多冷头共同工作。同时氦气在腔体内可不是静止不动的,而是随着冷头热交换进行复杂的湍流,因此造成的结果就是基本几个小时可能就会失超,那么这种技术就不具备工程应用价值。
疑问三:宣传中讲了0失超风险,那是不是意味着磁体始终保持在有磁场的状态,那么真遇到危险怎么办。
回答:这里讲的0失超风险指的是与传统的失超不同的概念。老王之前的文章里面详细介绍过失超的概念。我们讲的失超分为失超的现象以及失超的危害两部分:
a. 失超本身的含义是超导线圈失去超导状态,线圈中的电流消耗降为0,从而达到超导磁场消失的现象。这是失超的表现。
b. 传统磁体失超带来的问题是线圈中的电流经过电阻之后会发热,因此失超是电流的功率转化为热功率的现象,就好像电炉子,而这些热量需要用液氦气化来吸收。而又因为液氦气化成氦气体积膨胀763倍,这些氦气必须要通过失超管排出,不然磁体就是一个炸弹。因此失超后造成的危害是氦气泄露,磁体内部结冰,液氦消耗。
c. 对于Blue Seal磁体来说,内部只有7L液氦,因此气化之后体积膨胀也不会存在爆炸的情况,同时磁体内外没有通道,因此也就不存在液氦消耗和磁体内部除冰的问题,所以用老王的话来说就是Blue Seal可以实现磁场退掉的现象,但又没有传统失超的危害,因此叫0失超风险。
相信有了上面的解答,大家对Blue Seal会有一个简单的概念,那么接下来我们就正式开始学习这一跨时代的超导磁体技术。由于Blue Seal技术与传统超导磁体技术有非常大的差别,因此老王会作为一个专题对其进行讲解,本篇文章先介绍其中的理论基础,液氦腔体真空状态。
我们知道传统的超导磁体就好像是一个杜瓦罐,2000L的容积里面装了一定量的液氦,由于液氦的蒸发导致腔体下面是液氦,上面是低温氦气,在冷头的作用下形成气液共存的状态。同时由于氦气的存在,磁体腔体都是正压,也就是说磁体内部压力大于标准大气压,传统磁体设计分为高压磁体(G家)和低压磁体(P家和S家)。



体积—V。表示能够容纳气体的空间
压力—P。有多少分子在容积表面产生反弹的力
温度—T。气体分子运动的速度
分子数—N。有多少气体分子
以下以2L容积,标准温度(20℃),标准大气压(760Torr)为基础条件进行分析。

由于气体质量已定,因此对于基础条件可以简单的将公式看做:
PV=kT
也就可以得到不同状态下气体的特性:


那么对于液氦腔体来说,腔体表面直接连接着冷头的第二级冷芯,因此这里可以看做4K,因此液氦腔体内的氦气接近腔体表面的地方温度降低,根据以上分析,此处气体分子处于非常不活跃的状态,相互之间的运动减弱,压力降低,最终达到的一个状态是气体分子都被吸附在腔体表面,并且气体分子相对静止。

