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Zusaetzliche Berstscheibe fuer Heliumkessel bei MR-Magneten

IP.com Disclosure Number: IPCOM000172525D
Original Publication Date: 2008-Jul-25
Included in the Prior Art Database: 2008-Jul-25
Document File: 4 page(s) / 646K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Ein MR-System (Magnetresonanzsystem) beinhaltet in den meisten Faellen einen supraleitenden Magneten. Der Magnet ist in einem Heliumkessel aufgehaengt und wegen der thermischen Isolierung in einem Kryostaten eingebaut. Fuer das kontinuierlich abdampfende Helium und fuer das Helium, das beim Auf- und Aberregen zusaetzlich verdampft wird, und fuer den Fall eines Quenches weist der Heliumkessel oben einen Turm auf. Dieser Turm darf niemals verstopft sein, weil sich sonst ein Ueberdruck im Heliumkessel bildet, der ihn zum Platzen bringt. Die Verstopfung wird durch gefrorene Luft verursacht (siehe Abbildung 1), die durch massive Fehlbedienung, beispielsweise im Zusammenhang mit dem Nachtanken des fluessigen Heliums, in den Turm gelangt. Bei einem verstopften Heliumkessel wird zunaechst der Druck durch die Verdampfung leicht steigen. Damit steigt die Temperatur des Heliumbades um wenige Kelvin. Damit wird der supraleitende Magnet normalleitend, was als Quench bezeichnet wird. Beim Quench wird die Energie des Magnetfeldes vollstaendig in Waerme umgewandelt, wodurch typischerweise das gesamte Helium verdampft. Der dadurch entstehende Druck ist so gross, dass der Heliumkessel in unkontrollierter Weise platzt. Bislang gibt es nur die Moeglichkeit, durch optische Sichtkontrolle oder durch Kameras oder andere Sensoren das Turmrohr zu beobachten.

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Zusaetzliche Berstscheibe fuer Heliumkessel bei MR-Magneten

Idee: Dr. Gerhard Bittner, DE-Erlangen

Ein MR-System (Magnetresonanzsystem) beinhaltet in den meisten Faellen einen supraleitenden Magneten. Der Magnet ist in einem Heliumkessel aufgehaengt und wegen der thermischen Isolierung in einem Kryostaten eingebaut. Fuer das kontinuierlich abdampfende Helium und fuer das Helium, das beim Auf- und Aberregen zusaetzlich verdampft wird, und fuer den Fall eines Quenches weist der Heliumkessel oben einen Turm auf. Dieser Turm darf niemals verstopft sein, weil sich sonst ein Ueberdruck im Heliumkessel bildet, der ihn zum Platzen bringt. Die Verstopfung wird durch gefrorene Luft verursacht (siehe Abbildung 1), die durch massive Fehlbedienung, beispielsweise im Zusammenhang mit dem Nachtanken des fluessigen Heliums, in den Turm gelangt. Bei einem verstopften Heliumkessel wird zunaechst der Druck durch die Verdampfung leicht steigen. Damit steigt die Temperatur des Heliumbades um wenige Kelvin. Damit wird der supraleitende Magnet normalleitend, was als Quench bezeichnet wird. Beim Quench wird die Energie des Magnetfeldes vollstaendig in Waerme umgewandelt, wodurch typischerweise das gesamte Helium verdampft. Der dadurch entstehende Druck ist so gross, dass der Heliumkessel in unkontrollierter Weise platzt. Bislang gibt es nur die Moeglichkeit, durch optische Sichtkontrolle oder durch Kameras oder andere Sensoren das Turmrohr zu beobachten.

Zur Loesung dieser Problematik wird nun vorgeschlagen, in den Heliumkessel eine Sollbruchstelle (z.B. eine Berstscheibe) einzubauen (siehe Abbildung 2), die bei einem merklich erhoehten Druck das Helium kontrolliert in den Vakuumraum stroemen laesst. Damit kann der Heliumkessel nicht mehr unkontrolliert an unbestimmter Stelle zerplatzen und Material und Menschen gefaehrden. Die Berstscheibe wird auf Heliumtemperatur von 4,2 K betrieben und kann daher nur mit einer Metalldichtung (Indium) eingebaut oder eingeschweisst werden. Abdichtungen bei Tieftemperatur sind moeglich, aber koennen undicht werden. Daher sollte die zusaetzliche Berstscheibe eingeschweisst werden. Sie kann nach dem Platzen ohnehin nur von Spezialisten gewechselt werden.

Der Berstdruck der Sollbruchstelle muss groesser sein als der hoechste jemals im Servicefall vorkommende Druck, jedoch niedriger als ein Wert, bei dem der Supraleiter aufgrund der Temperaturerhoehung des Heliums seine Supraleitfaehigkeit verlieren wuerde. Das gaebe einen Quench bei verstopftem Turm, was...