一种用于高场核磁共振磁体的复合导体及制作方法

本发明涉及电磁装置领域，尤其是一种用于高场核磁共振磁体的复合导体及制作方法。

背景技术：

1、核磁共振成像技术(mri)广泛应用于医疗影像，成为当代医学诊断最强有力的工具之一。而超导磁体作为核磁共振最重要的组成部分之一，其所能提供的磁场也随着技术的发展，越来越高。磁场的提高能够极大提高信噪比和改善成像分辨率，高均匀与稳定磁场能够更好实现时间与空间的同步性以达到快速高清晰扫描。高磁场核磁共振已经成为癌症早期诊断、高风险手术评估、代谢成像和研究神经科学的重要工具，成为当代分子影像的重要前沿领域。

2、目前能用于核磁共振的超导线主要包括nbti超导线和nb3sn超导线。3t以下的核磁共振超导磁体均采用单根nbti超导线进行绕制，结构简单，制作工艺比较成熟，但是对于中心磁场强度大于7t小于11.5t的超高场核磁共振磁体，如果采用单根nbti超导线或者单根nb3sn超导线进行超导线圈绕制，由于单根超导线承载的电流有限，导致单根超导线绕制的超导线圈匝数极多，从而使得电感极大，意味着电流变化会产生极高的电压，不仅会给失超保护带来了极大的困难甚至在失超过程中会击穿线圈绝缘，直接烧毁超导线圈，另外，由于匝数相对于传统的3t及以下磁体增加了很多，会导致线圈厚度和长度增加，对于密绕的超导线圈而言，在浸泡冷却时，液氦很难进入线圈内部，只能通过超导线自身的传导冷却，从而导致线圈冷却后温度不均，尤其是线圈内部。同时，由于线圈运行过程中极高的磁场，单根超导线的强度无法承受巨大的电磁力作用，磁体运行过程中线圈的结构会面临破坏的风险。因此很难采用单根nbti超导线或者单根nb3sn超导线进行高场核磁共超导磁体的绕制。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种用于高场核磁共振磁体的复合导体及制作方法，该复合导体具有高载流能力，能够降低磁体的电感，具有足够强的机械强度，能够抵抗电磁力的作用，具有良好的导热性能，能够保证磁体能够被充分冷却，提高磁体的热稳定性，以及能够满足磁体制造过程中对精度的要求。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于高场核磁共振磁体的复合导体，包括nbti或nb3sn超导线电缆以及铜槽，其中，nbti或nb3sn超导线电缆嵌入铜槽中，形成复合导体；其中，采用nbti或nb3sn超导线绕制电缆；所述nbti或nb3sn超导线的直径为0.6-1.0mm，数量为8-18根；所述nbti或nb3sn超导线电缆的宽度为5-6mm，厚度为1.5-2mm；所述的铜槽的截面为矩形槽，内部宽度比nbti或nb3sn超导线电缆宽0.5mm，深度比nbti或nb3sn超导线电缆厚度大0.5mm；所述nbti或nb3sn超导线电缆以及铜槽通过低温锡焊复合而成。

4、本发明还提供一种用于高场核磁共振磁体的复合导体的制作方法，包括如下步骤：

5、步骤1.首先对弯曲的nbti或nb3sn超导线电缆和铜槽进行校直处理，从而保证nbti或nb3sn超导线电缆后续顺利的嵌入到铜槽当中；

6、步骤2.采用酒精或丙酮，对铜槽进行擦拭处理，保证铜槽的洁净度；

7、步骤3.将带状焊料置于铜槽内，使带状焊料能够完整的平铺在铜槽内部，带状焊料的宽度与nbti或nb3sn超导线电缆一致，宽度为5-6mm，厚度为0.05-0.5mm，保证其与nbti超导线电缆充分接触；

8、步骤4.调整nbti或nb3sn超导线电缆和铜槽的相对位置，保证nbti或nb3sn超导线电缆和铜槽的中心线一致，nbti或nb3sn超导线电缆的尺寸为，宽度为5-6mm，厚度为1.5-2mm，铜槽内部宽度比电缆宽0.1-0.5mm，深度比电缆厚度大0.5mm；

9、步骤5.采用压力挤压，使得nbti或nb3sn超导线电缆充分的压入铜槽内部，铜槽内部宽度比nbti或nb3sn超导线电缆宽0.1-0.5mm，使其易于嵌入铜槽内部，铜槽深度比nbti或nb3sn超导线电缆的厚度大0.5mm，保证带状焊料完全融化后不溢出铜槽；

10、步骤6.采用感应加热或者传导加热的方法，实时监测铜槽的温度，铜槽温度比焊料熔点高出20℃—50℃，维持铜槽温度10s—20s，保证带状焊料完全融化，同时采用惰性气体保护，降低加热过程中铜槽和nbti或nb3sn超导线的氧化；

11、步骤7.维持铜槽的温度10s—20s后，停止加热，持续的通入惰性气体，对焊接后的复合导体进行降温，防止复合导体被氧化；

12、步骤8.待温度降至常温，停止通入惰性气体，复合导体制作完成。

13、有益效果：

14、本发明将nbti或nb3sn超导线电缆与铜槽进行低温锡焊复合，矩形的铜槽有利于低温焊锡融化时均匀平铺于铜槽内部且不易外溢，同时保证了电缆底部及厚度方向上能够充分的与铜槽内壁粘合。复合而成的导体结构强度远远高于单根nbti超导线，其载流能力是单根nbti或nb3sn超导线的8—18倍。同时，铜槽采用了rrr值大于50的无氧铜，具有高热导率，保证超导线圈内部能够被充分冷却，提高磁体的热稳定性。

15、本发明与传统的复合导体所采用的穿缆挤压缩径成型技术相比，制作方法简单，采用开口的矩形铜槽结构，有利于nbti或nb3sn超导线电缆的复合，无需改变nbti或nb3sn超导线电缆的结构，尤其对于nb3sn超导线而言，由于其热处理后的性能与外界的应力应变有关，采用穿缆挤压缩径的技术，会直接破坏nb3sn超导线的内部结构导致其超导性能退化。

16、本发明为了保证焊料融化过程中不破坏nbti或nb3sn超导线内部超导线结构，采用熔点较低的焊料，同时，低温焊料采用传导加热和感应加热的方法容易使其迅速融化。

技术特征：

1.一种用于高场核磁共振磁体的复合导体，其特征在于：包括nbti或nb3sn超导线电缆以及铜槽，其中，nbti或nb3sn超导线电缆嵌入铜槽中，形成复合导体；其中，采用nbti或nb3sn超导线绕制电缆；所述nbti或nb3sn超导线的直径为0.6-1.0mm，数量为8-18根；所述nbti或nb3sn超导线电缆的宽度为5-6mm，厚度为1.5-2mm；所述的铜槽的截面为矩形槽，内部宽度比nbti或nb3sn超导线电缆宽0.5mm，深度比nbti或nb3sn超导线电缆厚度大0.5mm；所述nbti或nb3sn超导线电缆以及铜槽通过低温锡焊复合而成。

2.根据权利要求1所述的一种用于高场核磁共振磁体的复合导体的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种用于高场核磁共振磁体的复合导体及制作方法，包括NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆以及铜槽，其中，NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆嵌入铜槽中，形成复合导体；其中，采用NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线绕制电缆；所述NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线的直径为0.6‑1.0mm，数量为8‑18根；所述NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆的宽度为5‑6mm，厚度为1.5‑2mm；所述的铜槽的截面为矩形槽，内部宽度比NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆宽0.5mm，深度比NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆厚度大0.5mm；所述NbTi或Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线电缆以及铜槽通过低温锡焊复合而成。该复合导体具有高载流能力和足够强的机械强度。

技术研发人员：郝强旺,胡立标,戴超,武玉
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14