【作 者】劉 炯

上海市醫(yī)療器械檢測所，上海市，201318

1 磁共振成像系統(tǒng)概述

通常按磁體類型對磁共振成像設(shè)備進行分類，有常導(dǎo)型、超導(dǎo)型和永磁型三種。磁體的性能直接關(guān)系到磁場的強度、均勻性和穩(wěn)定性，并影響圖像質(zhì)量。常導(dǎo)型磁體用銅、鋁線繞成通電螺線管來產(chǎn)生磁場，磁場強度最高可達(0.15～0.3)T。由于常導(dǎo)型磁體的能耗高、場強低和附帶的冷卻設(shè)備復(fù)雜等缺點，現(xiàn)在已基本退出了主流市場，只在一些特別的領(lǐng)域（開放式術(shù)中磁共振領(lǐng)域）內(nèi)有一些應(yīng)用。

永磁型磁共振成像設(shè)備的磁體是由兩塊巨大的磁石組成，磁石用釹、鐵、硼等磁性物質(zhì)制成的磁磚疊加而成，磁場強度最高可達0.5 T。每塊磁石的重量數(shù)以噸計，0.5 T的永磁型磁共振的磁體的總重量接近40噸。永磁型磁共振成像設(shè)備價格便宜，維護成本低，圖像質(zhì)量基本能滿足臨床需求。但是，它對高端的應(yīng)用就不能實現(xiàn)了，而且對于珍貴的稀土材料消耗巨大。

超導(dǎo)型磁共振成像設(shè)備的磁體復(fù)雜，線圈用超導(dǎo)線繞成，磁場強度一般為(1.0～3.0)T，用液氦冷卻，利用數(shù)百安培的大電流在超導(dǎo)線圈中運行來產(chǎn)生磁場。其優(yōu)點是較強的主磁場強度，很好的磁場穩(wěn)定性和均勻性，且勻場區(qū)域較大。因其比其它磁共振成像設(shè)備具有更高的信噪比、更高的分辨率和更靈活先進的臨床應(yīng)用等特點成為高端醫(yī)療診斷設(shè)備。在過去我國只能生產(chǎn)永磁型磁共振設(shè)備，超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)完全依靠外資背景的供應(yīng)商提供。這兩年，隨著超導(dǎo)磁體生產(chǎn)工藝技術(shù)的突破和稀土資源節(jié)約意識的增強，擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的超導(dǎo)型磁共振成像設(shè)備開始出現(xiàn)。

但是超導(dǎo)型磁共振系統(tǒng)制造工藝特別復(fù)雜，運行環(huán)境要求特別高，而且超導(dǎo)磁體本身就存在著一些需要仔細考慮才能避免的安全風(fēng)險?，F(xiàn)行的國際標準和國家標準僅僅將超導(dǎo)磁體的安全特性放在超導(dǎo)磁共振成像設(shè)備內(nèi)部進行籠統(tǒng)的考慮，并不能非常有效的促進企業(yè)對安全措施的實施和管理。本文將分析超導(dǎo)磁體的關(guān)鍵安全風(fēng)險點，并且討論基于型式檢驗時應(yīng)進行的試驗和認證。

圖1是超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)簡圖。超導(dǎo)磁體的主要關(guān)鍵部件，是用于產(chǎn)生主磁場的超導(dǎo)線圈和減少磁場外泄的屏蔽線圈，超導(dǎo)線圈和屏蔽線圈都是由超導(dǎo)線材緊密繞制而成，他們連同支架一起浸沒在液氦內(nèi)，工作在接近絕對零度約-270℃的超低溫下。整個液氦容器與磁體壁真空隔離，之間有兩層冷屏，用于減少熱傳導(dǎo)。但是隨著絕熱技術(shù)和真空技術(shù)的發(fā)展，先進的超導(dǎo)磁體已經(jīng)減少了冷屏。

圖1 超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure of superconductive magnet

冷頭連接氦氣壓縮機，氦氣壓縮機能產(chǎn)生液化揮發(fā)出的氦氣所需要的低溫，可以把它簡單地理解為一個超低溫制冷機。液氦的揮發(fā)是不可能完全避免的，所以需要一組非常復(fù)雜和精心設(shè)計的閥門來有效的控制氦氣的揮發(fā)，用來確保整個磁體內(nèi)部的壓力不超過設(shè)計壓力。

在某些情況下，超導(dǎo)磁體會失超，會在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生大約900 m3的氣化氦氣，這時就需要失超管路和閥門組的高效工作，將這些氦氣高速排出。否則，溫度極低的氦氣將會凍結(jié)一切（包括空氣），導(dǎo)致重大人員凍傷亡事件，磁體也會在巨大的氦氣膨脹壓力下發(fā)生爆裂等嚴重事件，所以超導(dǎo)磁體的安全性應(yīng)予特別關(guān)注。

2 超導(dǎo)磁體的安全性

依據(jù)GB9706.1-2007標準規(guī)定的醫(yī)療設(shè)備的安全性要求，我們需要應(yīng)用通標中的如下一些章節(jié)考察超導(dǎo)磁體的安全性：第45章—壓力容器和受壓部件；第三篇—對電擊危險的防護。需要特別指出的是，目前GB9706.1-2007和YY0319-2008 對磁體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力的考察，以及對于失超時的保護措施試驗沒有特別的針對性，是原則上的要求。

2.1 失超的安全性

2.1.1 失超的簡單過程

所謂失超（quench），就是超導(dǎo)體因某種原因突然失去超導(dǎo)特性而進入正常態(tài)的過程。這是一個將電磁能量轉(zhuǎn)換為熱能的過程.失超永遠是超導(dǎo)磁體的一個嚴重問題.

超導(dǎo)磁體是在極高的電流密度下工作的，又處于超低溫環(huán)境，穩(wěn)定運行過程中會受到各種擾動，包括機械擾動、超導(dǎo)線內(nèi)的磁通跳躍、電流引線和儀器測控引線等引起的熱擾動。當(dāng)超導(dǎo)線圈受到這些繞動后，磁體內(nèi)部這些受到擾動的超導(dǎo)線材會失去超導(dǎo)電性，也就是說使原本處于超導(dǎo)狀態(tài)的這些超導(dǎo)線材有了電阻。該局部電阻的出現(xiàn)，又會使磁體內(nèi)超導(dǎo)線圈的電流下降、產(chǎn)熱增多，從而形成正反饋。可見失超的發(fā)生是一個非穩(wěn)態(tài)過程，逆轉(zhuǎn)困難。失超可破壞線圈的絕緣，又可熔化超導(dǎo)體，嚴重時將破壞整個磁共振成像系統(tǒng)和患者環(huán)境，造成嚴重危害。如果失超所產(chǎn)生的熱能在整個磁體內(nèi)均勻分布，并且合理的加以控制，則它造成的危害并不是很大。但是，一旦失超發(fā)生，并局限于局部，則會導(dǎo)致嚴重后果。

2.1.2 降低非預(yù)期失超概率的措施

為了增加超導(dǎo)線圈抵抗熱擾動的能力，磁體設(shè)計中一般采用附加的穩(wěn)定方式，來增加超導(dǎo)磁體的可靠性。

總體上超導(dǎo)磁體有全穩(wěn)定和絕熱穩(wěn)定兩種[1]，兩種方式的主要區(qū)別在于超導(dǎo)線材中銅基體的組份的不同。超導(dǎo)線材的種類很多，醫(yī)療磁共振成像設(shè)備中常用的是基于鈮（Nb）鈦（Ti）的二元或三元復(fù)合合金組成（也有Nb3Sn，NbZr等合金，但不常見），將NbTi嵌在銅基體上。

全穩(wěn)定方式常用于貯能在(l08～109)J以上的工業(yè)電力儲能磁體，其超導(dǎo)線材中的銅基體組分較高。在超導(dǎo)線材中加入足夠數(shù)量的銅或鋁等穩(wěn)定材料，超導(dǎo)狀態(tài)時電流在鈮鈦合金內(nèi)流動，超導(dǎo)體失超時鈮鈦合金的電阻和銅的電阻接近，銅組份起電流旁路作用，同時也起散熱作用。這樣電流不會使超導(dǎo)線材大幅升溫，超導(dǎo)線材逐漸降溫，最終重新回到超導(dǎo)態(tài)。即使局部導(dǎo)體失超，失超區(qū)也只會縮小，不能傳開。這種磁體非常穩(wěn)定，但造價卻很高。醫(yī)療的磁共振成像設(shè)備中采用較為廉價的絕熱穩(wěn)定式。這種磁體超導(dǎo)線材中的銅組份比上述磁體要少，因而它只能承受小的擾動，其穩(wěn)定性能要差些，失超的可能性大。

2.1.3 失超的利與弊

超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)中的磁體的失超大多發(fā)生在勵磁過程中。處理不好的線圈在線匝之間存在微小空隙，勵磁時在電磁力的作用下，這些匝線可能發(fā)生突然移動。當(dāng)勵磁過程中線圈整體受到的徑向或軸向擠壓力，在大到足以導(dǎo)致線圈開裂時，變形能的釋放將轉(zhuǎn)化為熱能而引發(fā)失超，所以勵磁時電流要緩慢增加。

實際上勵磁過程是磁共振安裝過程的一部分，而且往往是在醫(yī)院里完成的。在本文后面的論述中我們知道，一臺1.5 T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)失超時，最大可能在短時間內(nèi)產(chǎn)生大約900 m3的低溫氦氣，這些氦氣如不及時排除（例如磁共振系統(tǒng)因為未完全安裝好導(dǎo)致失超管路未能完全就位達標，或者失超管路阻塞），會沖入醫(yī)院其他病區(qū)，給眾多醫(yī)生病人帶來不必要的風(fēng)險。

超導(dǎo)線圈是浸泡在液氦中工作的。如果磁體低溫容器中的液氦液面降到一定限度仍未按規(guī)定補充，也會發(fā)生失超。所以，液氦液面降低的自動報警系統(tǒng)，勵磁電流的控制應(yīng)該是超導(dǎo)磁體監(jiān)控的一部分，同時也應(yīng)該成為認證和檢測中的一個方面。

需要指出的是，失超不是只有危害，失超也是磁共振系統(tǒng)的一種重要功能。每一個超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)都備有一個可以隨時啟動的失超開關(guān)，用于操作者在緊急情況下快速關(guān)閉超導(dǎo)磁共振的強磁場，解救患者脫離強磁場。失超是最有效的關(guān)閉磁場的方法，一般發(fā)生失超后，磁場在20 s內(nèi)就將降低為0 T，而一般的電流引出法的降低磁場的操作需要幾個小時。所以一臺超導(dǎo)磁體從生產(chǎn)出來到勵磁成功，直到正常使用往往會發(fā)生一次甚至多次失超。特別是對于我國生產(chǎn)技術(shù)還在提升過程中，磁共振成像系統(tǒng)的失超不是一個小概率事件。

所以我們并不是懼怕失超，我們應(yīng)該采取措施使得失超的發(fā)生不會帶來嚴重的后果，即使失超發(fā)生，整個系統(tǒng)也應(yīng)都處在完全可控的狀態(tài)。這就需要進行本文下述一些內(nèi)容的討論。

3 壓力容器安全

超導(dǎo)磁體在正常工作時，內(nèi)部壓力不大，整個超導(dǎo)磁體更像一個低溫容器而不是一個壓力容器。一般而言，超導(dǎo)磁體都會裝備有一個小于1psi（1psi約為6.9 kPa）的單向閥，用以確保液氦正常揮發(fā)，維持磁體內(nèi)的正常工作壓力。由此可見，正常工作的磁體內(nèi)部雖然是低溫容器，但壓力不大。但是，一旦磁體失超，超導(dǎo)線圈內(nèi)部的儲能將足以蒸發(fā)所有的液氦，這時磁體內(nèi)部壓強大增。

我們可以合理而簡單的將超導(dǎo)磁體簡化為一個大的螺線管，其存貯的能量可以利用如下一些公式加以簡單的定量計算。

其中E是存儲在磁體中的能量，L是磁體的電感，I是磁體內(nèi)的超導(dǎo)電流。

其中n是單位長度磁體線圈的超導(dǎo)線匝數(shù)，V是磁體線圈內(nèi)的體積，μ是磁導(dǎo)力。

其中B是磁場強度。

一般而言，一個典型的1.5 T的超導(dǎo)磁體的電感值為20 H，電流值為600 A。這樣我們可以估計出一個1.5 T的超導(dǎo)磁體儲存的能量：E=3.6×106J。當(dāng)然不同的廠家的磁體的近似電感值不一樣，但是儲能都是在 MJ量級。

而液氦的蒸發(fā)潛熱僅僅為e = 2.177×104J/kg，密度ρ=0.124 kg/L。這樣利用(1)式的結(jié)果，一個1.5 T的磁體所儲存的能量可以蒸發(fā)的液氦為：

可見失超時，線圈的能量迅速泄放所產(chǎn)生的熱量，足以使磁體內(nèi)的數(shù)千升液氦在數(shù)分鐘內(nèi)劇烈蒸發(fā)，一般1 L液氦膨脹到室溫下的氦氣可以擴大到700升?？梢娮罱K的氦氣可以達到驚人的900 m3（即：1333 L×700=933100 L）作為比較，水的汽化潛熱高達2257000 J/kg，不難計算出上述磁體的儲能只能氣化1.6 kg的水，也就只有一個中等可樂瓶的大小。所以氦氣某種程度上是容易爆炸的，國際上也有超導(dǎo)磁體爆炸的報道。

由于失超是超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)可能發(fā)生的一種狀態(tài)，也是允許醫(yī)生通過啟動失超開關(guān)來達到一定的緊急避險功能，所以失超狀態(tài)應(yīng)該被看成是超導(dǎo)磁體的另一種正常功能的狀態(tài)。按照GB9706.1-2007中45章的要求，超導(dǎo)磁體應(yīng)該進行壓力試驗（水壓或者氣壓試驗），其基準壓強的選取應(yīng)參考失超時可能出現(xiàn)的最大壓強。一般而言，超導(dǎo)磁體安裝有4 psi～26 psi的多個爆破片，所以最大的爆破壓強可以作為一個最低的基準壓力來進行壓力容器檢驗，確保在失超時超導(dǎo)磁體本身不會破裂。

4 機械應(yīng)力安全

超導(dǎo)磁體線圈本身是一種相對粗短的線圈，在繞組內(nèi)的磁場不僅有軸向分量，而且有徑向分量。軸向磁場產(chǎn)生的電磁力要使線圈向外膨脹，導(dǎo)線材料應(yīng)該具有足夠的機械強度，它的極限強度必須高于線圈繞組內(nèi)的最大周向應(yīng)力。通過簡單的假設(shè)，我們可以采用載流圓導(dǎo)線在磁場中的張力公式來估計超導(dǎo)線材自身張力的大?。?/p>

T=RIB≈450 N，其中電流I 估計為600 A，磁感應(yīng)強度B一般為1.5 T，半徑R一般估計為0.5 m。但是需要指出的是：一般超導(dǎo)線材的截面積只有不到8 mm2。在如此小的截面積上，在低溫下要保證持續(xù)450 N的應(yīng)力。這也是需要認證的重點之一，建議機械應(yīng)力的安全系數(shù)至少達到GB9706.1-2007 中第28章中的要求。

超導(dǎo)線圈往往由多個亥姆赫茲線圈組成，每一個線圈是由幾百匝超導(dǎo)線材繞制而成，在磁場作用下，整個線圈由兩端向中間擠壓，在線圈各個部分內(nèi)產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)力。利用電動力學(xué)，可以推導(dǎo)出載流圓電流在磁場中的力為[2]：

5 電氣安全

超導(dǎo)磁體的失超會導(dǎo)致磁體內(nèi)部出現(xiàn)高壓危害。失超后超導(dǎo)磁體內(nèi)部產(chǎn)生電阻，超導(dǎo)磁體的運行電流一般處在600 A甚至更高，利用歐姆定律可以很容易知道在磁體內(nèi)正常電阻區(qū)可能會產(chǎn)生幾百甚至幾千伏的電壓，這樣的電壓可能會在磁體內(nèi)部產(chǎn)生電弧而破壞絕緣。具體而言這些過電壓分為以下幾種。

(1)最大內(nèi)電壓 失超過程中超導(dǎo)磁體內(nèi)部任意兩點之間的最大電壓差，有些研究者也稱最大內(nèi)電壓為對地電壓。該電壓對應(yīng)于磁體工程設(shè)計中線圈與骨架之間的絕緣。

(2)層間電壓 失超過程中磁體內(nèi)部任意相鄰兩層之間的最大電壓差。該電壓對應(yīng)于磁體工程設(shè)計中的層間絕緣。

(3)匝間電壓 失超過程中磁體內(nèi)部任意相鄰兩匝之間的最大電壓差。該電壓對應(yīng)于磁體工程設(shè)計中的匝間絕緣。

超導(dǎo)磁體對上述的這些電壓的耐受力是需要在型式試驗中加以驗證的，文獻[3]提出了耦合磁體失超保護系統(tǒng)的基本要求，并且指出耦合磁體的失超保護系統(tǒng)要保證失超起始點溫升不高于 350 K，線圈最大內(nèi)電壓低于 1500 V，線圈層間電壓低于 500 V。這些電壓的最高預(yù)期值應(yīng)該成為超導(dǎo)磁體的基本安全性能，參考GB9706.1-2007中關(guān)于隔離的要求，測試時應(yīng)以此為基準電壓檢驗磁體的電介質(zhì)強度、爬電距離和電氣間隙。

6 超導(dǎo)磁體中的安全失超保護技術(shù)

利用電子線路的巧妙設(shè)計，可以盡量將失超時的能量快速地均分，避免在局部釋放過多能量，這樣可以有利于保護磁體，降低風(fēng)險和危害。一般來說，現(xiàn)在常用的電子電路技術(shù)有主動防御型和被動防御型兩大類，這些電子電路的技術(shù)是超導(dǎo)磁體的關(guān)鍵安全措施。

6.1 電子電路技術(shù)保護原理

6.1.1 外接取能電阻保護是一種最簡單的失超保護方式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。線圈勵磁和正常運行時，S1n到Snn打開，電流不流經(jīng)取能電阻。當(dāng)檢測到失超發(fā)生時，S1n到Snn閉合，電流流經(jīng)取能電阻，部分磁體儲能將釋放在該電阻上。這種方式是一種主動防御型方式，有效性依賴于失超探測的靈敏度和開關(guān)開合的速度。

圖2 失超保護電路（取能電阻法）簡圖Fig.2 Protective circuit of quench (energy release method)

6.1.2 次級耦合線圈失超保護結(jié)構(gòu)如圖3所示。磁體I2失超后電流降低便會在次級耦合線圈I1產(chǎn)生感應(yīng)電流，因而R1能吸收超導(dǎo)磁體的一部分儲能，從而降低超導(dǎo)磁體內(nèi)部的最高溫升和內(nèi)部過電壓。特別是次級耦合線圈由于感應(yīng)電流的產(chǎn)生而溫度上升，當(dāng)次級耦合線圈與超導(dǎo)磁體的線圈繞組有良好的熱接觸時候，可能會引起與其相鄰的附近線圈未失超部分失超，從而加速超導(dǎo)磁體內(nèi)的失超傳播，進一步保護磁體。由于這種方式不依賴于電子開關(guān)，所以是一種簡單的被動防御型方式。

圖3 失超保護電路（次級耦合法）簡圖Fig3 Protective circuit of quench (secondary side coupling method)

6.1.3 將上述方法加以改進，可以得到線圈分段保護結(jié)構(gòu)電路，如圖4所示。失超后分段保護為失超磁體電流提供了另外一條支路，失超時產(chǎn)生的電勢差分流了磁體的電流，從而降低了磁體溫度，保護了超導(dǎo)磁體。當(dāng)線圈某一段失超時，并聯(lián)在這一段的外部電阻會使線圈此段電流迅速降低，同時產(chǎn)生的電流用來加熱其他線圈，引起其他段線圈失超，從而加速了整個線圈內(nèi)失超傳播過程，保護了超導(dǎo)線圈。這些電阻也可以引發(fā)分段線圈內(nèi)新的失超區(qū)，加快線圈內(nèi)失超傳播，保護超導(dǎo)磁體。

圖4 失超保護電路（分段保護法）簡圖Fig.4 Protective circuit of quench (subsection protection method)

7 市場準入前的型式檢驗的相關(guān)建議

上述的一些典型的磁體保護電路還需要在應(yīng)用中考慮如下一些關(guān)鍵點：

(1)選取合適的移能電阻 如果使用了該種電阻，那么應(yīng)該作為安全關(guān)鍵件在檢驗中記錄相關(guān)信息。

(2)保證信號線連接和失超保護電路的可靠性，包括長時間的低溫下工作，應(yīng)選取有相關(guān)認證的元器件，并且保護電路應(yīng)該加以實驗。

(3)電子重迭保護，做到每個線圈有兩路以上保護信號（利用失超傳播的特性，保護系統(tǒng)相鄰線圈之間還可以互相監(jiān)視）。這些信息應(yīng)該作為重要的安全資料加以保留或提交。

(4)備份保護方案，比如利用冷卻流體壓力作失超信號，這樣可以在電子技術(shù)不足以保證安全的情況下，還能利用熱力學(xué)技術(shù)加以保護。這些信息應(yīng)該作為重要的安全資料加以保留或提交。

(5)突然停電，或者電池電力不足導(dǎo)致的超導(dǎo)保護電路失效，甚至導(dǎo)致緊急情況下的失超啟動開關(guān)都不能工作。建議在說明書等重要文件中向磁共振成像系統(tǒng)的用戶提示這種風(fēng)險的存在。

(6)超導(dǎo)開關(guān)的錯誤啟動引起的非正常失超，應(yīng)該在技術(shù)上設(shè)法防止這種情況的發(fā)生。建議在型式檢驗時，按照單一故障的標準原則加以適當(dāng)?shù)目紤]。

8 失超排氣管道的安全措施

超導(dǎo)磁體的失超排氣管道的暢通和足夠的排氣量，是磁體失超時和失超后的安全保證，特別是保證磁體在失超后仍然完好，并通過再次補充液氦和勵磁后恢復(fù)使用具有極端重要的作用。所以，認證時，應(yīng)該重點對如下一些關(guān)鍵點加以記錄，并考慮備案：

(1)失超排氣管道的尺寸，管道長度一般應(yīng)≤20 m，不得多于2個彎頭[4]。

(2)當(dāng)管道(如果有回收系統(tǒng)，也應(yīng)包括回氣管)穿過RF射頻室時，不能形成天線，應(yīng)該注意互相絕緣。

(3)應(yīng)該采用合理的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)，防止異物或沉積物的產(chǎn)生。

(4)應(yīng)安裝失超排氣管道的自動定時檢測系統(tǒng)，可以通過模擬送氣并測量氣壓或流量的方式,定期測量失超排氣管道的排氣能力。

(5)管道使用的單向閥和爆破片應(yīng)該有相應(yīng)的認證。

9 氦氣的利用與回收

9.1 氦氣應(yīng)用的廣泛性與稀缺性

氦是無色、無味的氣體，是最難液化的氣體，也是世界上最后一個被液化的氣體。其熔點為-272.2oC，沸點為-268.9oC，屬于稀有氣體，它在地球上的含量只有一億分之一。氦在大氣中的含量也極少，大約只有百萬分之五。氦氣在有些地區(qū)的天然氣中含量卻較高，個別甚至高達2%以上.因此目前全世界生產(chǎn)的氦氣絕大多數(shù)都是從天然氣中提取的。氦氣是一種惰性氣體，不易與別的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此氦氣在飛船發(fā)射、導(dǎo)彈武器工業(yè)、低溫超導(dǎo)和半導(dǎo)體生產(chǎn)等方面具有重要用途，是一種極其珍貴的稀缺資源。

中國近年來對氦氣的需求量越來越大。但是受制于氦氣資源匱乏、提取氦氣的成本較高（我國天然氣中的氦氣含量只有0.2%），現(xiàn)在我國MRI中使用的氦氣基本依靠進口。每升液氦的價格大約為200元，一臺超導(dǎo)磁共振磁體中有大約1000升液氦，總價超過20萬元。

相比之下，美國的氦氣資源十分豐富.地球上80%以上的氦資源分布于美國，美國的天然氣中氦氣的含量高達7.5%。早在1963年，為了不讓作為燃料使用的天然氣中的氦氣浪費掉，美國政府就推行了一項氦氣保存計劃.經(jīng)過多年的開發(fā)和保存，美國成為世界最大的氦氣擁有國。世界最大的氦氣生產(chǎn)商是美國國家氦氣儲備公司。

9.2 失超產(chǎn)生的氦氣應(yīng)該回收

超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)中的氦氣是高純度（99.9%以上）的氦氣，價格十分昂貴，液氦價格昂貴是超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)運行費用高的主要原因。所以現(xiàn)在世界上對于氦氣普遍采用了回收的方式加以利用?；厥辗绞胶唵蔚卣f就是將揮發(fā)的氦氣收集起來重新加壓冷卻成液氦。氦氣回收是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，包含收集管路、儲氣裝置和液化裝置等。

雖然回收系統(tǒng)復(fù)雜，但我們認為隨著氦氣資源的減少，回收系統(tǒng)不應(yīng)該僅僅存在于超導(dǎo)磁體制造商的工廠里。一些大型醫(yī)院里的超導(dǎo)磁共振成像設(shè)備很多，而且隨著時間的推移，設(shè)備的老化，氦氣蒸發(fā)量也會加大，磁共振設(shè)備的氦氣會多次填充，失超也會發(fā)生，所以建議大型的醫(yī)院也可以安裝統(tǒng)一的氦氣回收系統(tǒng)。

10 總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民對于高端醫(yī)療裝備的需求大幅增長，且隨著超導(dǎo)技術(shù)的日臻完善，我們正在迎來超導(dǎo)磁共振成像設(shè)備全面普及使用的時代?，F(xiàn)在全國的磁共振系統(tǒng)生產(chǎn)商都已經(jīng)紛紛轉(zhuǎn)向超導(dǎo)產(chǎn)品，在不久的將來，超導(dǎo)型磁共振系統(tǒng)不再是國外醫(yī)療巨頭的專利產(chǎn)品，我國自主研發(fā)的超導(dǎo)型磁共振系統(tǒng)也將大量投放市場。但是，如果沒有針對超導(dǎo)型磁共振系統(tǒng)的特點和超導(dǎo)磁體的風(fēng)險點，制定出專門的標準架構(gòu)，將不利于規(guī)范超導(dǎo)磁體的生產(chǎn)。雖然，一般而言超導(dǎo)磁體是安全，但是一旦磁體失超，風(fēng)險和危害都是巨大的。本文立足于現(xiàn)在的標準體系，考慮到失超，分別從壓力容器安全，機械應(yīng)力安全和電氣安全幾個方面考察，討論了超導(dǎo)磁體的風(fēng)險點，同時也從安全失超保護電路的角度討論了對磁體的保護措施和單一故障下的風(fēng)險考察點。最后還提出了一直被忽視的失超排氣管路的安全檢查措施的建議。

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[3]M.A.Green,H.Witte.Quench Protection and Power Supply Requirements for the MICE Focusing and Coupling Magnets[R].MICE Note 114,2005,May.

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