MRI基础知识 --- 超导MR液氦液位知识(一)

但是超导线圈一定要浸泡在液氦中才能实现超导状态么？答案当然是否定的，常规上超导线圈采用的是下面这种金属：

铌钛合金 Niobium titanium alloy superconductor

铌钛合金是重要的合金型超导材料，其超导转变温度为8～10K，可与铜很好地共同拉制，具有良好的加工塑性、很高的强度以及良好的超导性能。

以上描述介绍了2个问题：

1.     超导线圈不需要4K的液氦温度下才能实现超导状态，理论上低温氦气只要温度能够达到8-10K左右也可以实现超导，也就是说线圈不需要完全浸泡在液氦里面。在气液交融的状态里面也可以实现超导，这也是目前出现的低液氦甚至无液氦磁体的技术来源。

超导线圈不需要完全浸泡在液氦中也可以保持超导状态，磁体内部实际上并不像图里面画的那样稳定，他处于一个时刻循环的状态。

飞家的磁体一般情况下设置了液氦液位40%的警告阈值，当液氦低于40%的时候操作系统会报警。而手册中对正常运行的液氦液位一般描述是30%以上磁体运行是安全的。

既然知道液氦液位的底限，那么是不是加的越多越好呢？答案也是否定的。

根据经验飞家几种常见机型正常工作状态能够保持的最大极限液位如下：

Achieva 1.5T   液位＜95%

Achieva 3.0T   液位＜95%

Multiva 1.5T   液位＜95%

Ingenia 1.5T   70%＜液位＜75%

Ingenia 3.0T   70%＜液位＜75%

Ingenia 3.0TCX液位＜95%

Prodiva 1.5T   70%＜液位＜75%

可以看到Ingenia机型与Achieva机型最大液位不一样，这里简单说明：

由于磁体加工时采用的焊接工艺以及磁体结构，导致Ingenia磁体液位大约75%的时候液面大致位于冷头二极冷芯底部所处的高度，而二极冷芯的作用就是把氦气压缩成液氦。

如果液位过高，液面高于二极冷芯的位置，那么氦气将无法进入冷芯处，也就无法转换成液氦，而液氦蒸发的过程是持续进行的，此时多余的氦气会导致磁体压力不断升高，最终氦气会通过单向阀从失超管处排出，直到液位重新下降到低于冷芯处重新进入动态平衡。

同时由于维修塔与磁体腔体是焊接的，不同材料的焊点在低温下可能会导致收缩系数不同，最终有可能造成焊接崩裂，从而破坏磁体保温层。因此液氦不是一味的越高越好。

与此同时，超导磁体一旦发生失超，无论是75%液位，还是100%液位，还是30%液位，最终的结果基本都是归零，因此合理的液氦液位对于目前日益紧张的国际液氦供应来说也是有好处的，毕竟超导MR所使用的液氦基本都是从美国进口的，什么时候供应量减少甚至断供我们完全无法控制。这也是低液氦磁体目前如火如荼的研发的根本原因，毕竟液氦是不可再生资源。

因此目前对于4K磁体而言，我们MR安装团队交付标准都是统一的55%液位，在此液位下既能够远离安全警示阈值，又能够保证较为效率的腔体内液氦温度循环，保持良好的磁体性能。