DE112010005032T5

DE112010005032T5 - Rauscharme Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE112010005032T5
Application number: DE112010005032T
Authority: DE
Inventors: Ki-Woong Kim; Chan Seok Kang; Seong-Min Hwang; Seong-Joo Lee; Yong Ho Lee
Original assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Current assignee: Korea Research Institute of Standards and Science KRISS
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-10-18
Also published as: US8554294B2; KR101081482B1; WO2011081299A2; US20120252678A1; JP2013515964A; JP5738893B2; KR20110076150A; WO2011081299A3

Abstract

Es wird eine rauscharme Kühlvorrichtung bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Außenbehälter und einen Innenbehälter. Zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter ist eine Wärmeisolierschicht in einem Vakuumzustand angeordnet. Der Innenbehälter umfasst ein Dewargefäß, das ein flüssiges Kältemittel enthält, eine Vorpolarisationsspule, die im Inneren des Innenbehälters angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, eine Aufnahmespule, die in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, und eine supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID), die elektrisch mit der Aufnahmespule verbunden ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist. Die Vorpolarisationsspule ist aus einem Supraleiter gebildet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft kernmagnetische Resonanz (NMR) vorrichtungen und genauer eine NMR-Vorrichtung mit niedrigem Magnetfeld/sehr niedrigem Magnetfeld.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Kernmagnetische Resonanz (Nachstehend als ”NMR” bezeichnet) ist eine Erscheinung, die mit der Präzession des magnetischen Spins eines Atomkerns verbunden ist, welche sich aus der Resonanz des magnetischen Spins des Kerns unter einem starken Magnetfeld ergibt, wenn das Magnetfeld auf den Atomkern ausgeübt wird. Magnetresonanztomographie (nachstehend als ”MRT” bezeichnet) ist eine nichtinvasive Technik des Abbildens des Inneren eines Zielobjekts durch Detektion von elektromagnetischen Wellen, die während der Präzession unter Verwendung der NMR erzeugt werden. Die MRT wird verbreitet als medizinisches Diagnosewerkzeug verwendet, um das Innere des menschlichen Körpers abzubilden.
Die Empfindlichkeit eines MRT-Bilds steht in einem Verhältnis zu einer Magnetisierungs (Polarisations) stärke und einer Resonanzfrequenz eines Kerns. Im Allgemeinen wird ein sehr starkes Hauptmagnetfeld, das einen supraleitenden Magnet verwendet, auf ein Zielmaterial ausgeübt, um die Empfindlichkeit des MRT-Bilds zu verbessern. Daher nehmen die Magnetisierungsstärke und die Resonanzfrequenz des Kerns zu.
Die Relaxationszeit eines NMR-Signals steht in einem umgekehrten Verhältnis zu der Gleichmäßigkeit des Hauptmagnetfelds. Daher sind die Stärke und die Gleichmäßigkeit des Hauptmagnetfelds wichtig.
Es sind hohe Kosten erforderlich, um einen supraleitenden Magnet herzustellen, der ein gleichmäßiges Magnetfeld mit einer Stärke von mehreren Tesla (T) aufweist. Zusätzlich wird im Betrieb des supraleitenden Magnets flüssiges Helium verwendet, das ein teures Kältemittel ist. Daher steigen die Wartungskosten eines MRT-Systems, das den supraleitenden Magnet verwendet.
Eine NMR und MRT mit niedrigem Magnetfeld/sehr niedrigem Magnetfeld (nachstehend gemeinschaftlich als ”Niedermagnetfeld-MRT” bezeichnet) ist eine neue konzeptionelle Vorrichtung, die bei einem Magnetfeld mit einer Stärke von einigen Mikrotesla bis einigen hundert Mikrotesla arbeitet. Bei einer herkömmlichen MRT-Vorrichtung nehmen eine Magnetisierungsstärke und eine Resonanzfrequenz eines Kerns zu, um die Empfindlichkeit eines Bilds zu erhöhen. Doch bei der Niedermagnetfeld-MRT-Vorrichtung wird ein Hauptmagnetfeld, das von einem Magnet einer herkömmlichen MRT-Vorrichtung erzeugt wird, in ein Vorpolarisationsmagnetfeld und ein Messmagnetfeld geteilt. Das Messmagnetfeld kann eine Stärke von etwa einigen Mikrotesla (μT) bis zu etwa einigen zehn μT aufweisen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Magnetfeldmessvorrichtung, bei der eine Vorpolarisationsspule und eine SQUID integriert sind, bereit.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen auch eine Kühlvorrichtung mit einer nichtleitenden Hilfswärmeabschirmungsschicht zur Verringerung des thermischen Rauschens bereit.
Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine rauscharme Kühlvorrichtung bereitgestellt, die einen Außenbehälter und einen Innenbehälter umfassen kann. Zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter kann eine Wärmeisolierschicht in einem Vakuumzustand gebildet sein. Der Innenbehälter kann ein Dewargefäß, das ein flüssiges Kältemittel enthält, eine Vorpolarisationsspule, die im Inneren des Innenbehälters angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, eine Aufnahmespule, die in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, und eine SQUID, die elektrisch mit der Aufnahmespule verbunden ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, umfassen. Die Vorpolarisationsspule kann aus einem Supraleiter gebildet sein.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine rauscharme Kühlvorrichtung bereitgestellt, die einen Außenbehälter; einen Innenbehälter, der im Inneren des Außenbehälters angeordnet ist und einen inneren Halsteil und einen inneren Körperteil umfasst; zumindest eine leitfähige Wärmeabschirmschicht, die mit dem inneren Halsteil verbunden ist und so angeordnet ist, dass sie zumindest eine Seite des inneren Körperteils bedeckt; eine nicht leitfähige Hilfswärmeschutzschicht, die in einem Bereich neben einer Probe, die unter dem Außenbehälter angeordnet ist, in Kontakt mit der leitfähigen Wärmeabschirmschicht angeordnet ist; eine Vorpolarisationsspule, die im Inneren des Innenbehälters angeordnet ist und in ein flüssiges Kältemittel eingetaucht ist; eine Aufnahmespule, die an der Mittelachse der Vorpolarisationsspule angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist; und eine supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID), die elektrisch mit der Aufnahmespule verbunden ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, umfasst. Ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter wirkt als eine Wärmeisolierschicht in Vakuum.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der beiliegenden Zeichnungen und der begleitenden ausführlichen Beschreibung offensichtlicher werden. Die darin dargestellten Ausführungsformen werden beispielhaft und nicht beschränkend bereitgestellt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen oder ähnliche Elemente beziehen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; statt dessen wird die Betonung auf das Veranschaulichen von Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung gelegt.
1 veranschaulicht eine rauscharme Kühlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht einen Aufbau eines Supraleiters, der eine Vorpolarisationsspule nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
3 veranschaulicht einen Aufbau eines Supraleiters, der eine Vorpolarisationsspule nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
4 veranschaulicht einen Steckverbinder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 veranschaulicht eine leitfähige Wärmeabschirmschicht nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht eine Superwärmeabschirmschicht nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 bis 10 veranschaulichen jeweils Magnetfeldmessvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11 veranschaulicht eine Kühlvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 veranschaulicht eine Kühlvorrichtung nach einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Niedermagnetfeld-MRT kann der Reihe nach ein Vorpolarisationsmagnetfeld Bp und ein Messmagnetfeld Bm auf eine Probe ausüben. Das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp kann nach der Vorpolarisation der Probe abgeschaltet werden. Zusätzlich weist das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp eine viel höhere Stärke als das Messmagnetfeld Bm auf, um die Probe ausreichend vorzupolarisieren (zu magnetisieren). Wenn das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp abgeschaltet wird, müssen polarisierte Protonenspins in Resonanz mit dem Messmagnetfeld Bm präzessieren. Entsprechend können die präzessierenden Spins eine elektromagnetische Welle erzeugen und kann ein elektromagnetisches Wellensignal gemessen werden.
Das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp und das Messmagnetfeld Bm werden unter Verwendung unabhängiger Spulen, die sich voneinander unterscheiden, ausgeübt. Das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp wird durch eine Vorpolarisationsspule erzeugt, und das Messmagnetfeld Bm wird durch eine Messmagnetfeldspule erzeugt. Das Vorpolarisationsmagnetfeld Bp muss lediglich ein Magnetfeld sein, das über genug Stärke verfügt, um die Probe unabhängig von ihrer Gleichmäßigkeit zu magnetisieren. Zusätzlich muss das Messmagnetfeld Bm lediglich ein gleichmäßiges Magnetfeld mit niedriger Stärke sein. Entsprechend kann die Niedermagnetfeld-MRT ein System mit einem viel einfacheren Aufbau und geringeren Kosten bilden, als bei einer herkömmlichen Hochmagnetfeld-MRT, die einen supraleitenden Magnet verwendet, der ein Magnetfeld von sowohl hoher Stärke als auch hoher Gleichmäßigkeit erzeugen muss.
Ein Protonenrelaxationssignal, das durch das Messmagnetfeld Bm erzeugt wird, ist ein Niederfrequenzsignal mit einer Frequenz von einigen zehn bis einigen hundert Hertz (Hz). Bei einer herkömmlichen Hochmagnetfeld-MRT wird eine Faraday'sche Induktionsspule als Empfängerspule zum Messen des Relaxationssignals verwendet. Ein Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) der Faraday'schen Induktionsspule steht in einem Verhältnis zu einer Frequenz eines gemessenen Relaxationssignals. Aus diesem Grund ist die Faraday'sche Induktionsspule nicht zum Messen des Relaxationssignals der Niedermagnetfeld-MRT, das eine niedrige Frequenz aufweist, geeignet. Daher kann die Niedermagnetfeld-MRT anstelle der Faraday'schen Induktionsspule einen Supraleitende-Quanten-Interferenzeinheit-Magnetfeldsensor (nachstehend als ”SQUID-Sensor” bezeichnet) verwenden, dessen Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) nicht von der Frequenz des gemessenen Relaxationssignals abhängt.
Eine Niedermagnetfeld-MRT kann unter Verwendung der SQUID in einem Magnetfeld mit einer Stärke von Mikrotesla (μT) arbeiten. Die Niedermagnetfeld-MRT ist fähig, das Innere eines Objekts unter Verwendung eines Resonanzsignals mit einem Band von einigen bis einigen Zehn Hertz (Hz) im Verhältnis zu der Stärke eines Messmagnetfelds Bm abzubilden. Die Niedermagnetfeld-MRT kann die durch Metall im Inneren eines Abbildungsziels oder um dieses herum verursachte Verzerrung verringern. Entsprechend kann die Niedermagnetfeld-MRT Erscheinungen zeigen, die bei einer herkömmlichen Hochmagnetfeld-MRT nicht auftreten. Die Niedermagnetfeld-MRT kann ohne Schwierigkeit auf Personen angewendet werden, die eine Metallprothese oder einen Herzschrittmacher tragen. Zusätzlich kann die Niedermagnetfeld-MRT ein inneres Bild einer Metalldose nichtinvasiv erwirken. Daher kann die Niedermagnetfeld-MRT auf Abtasteinrichtungen angewendet werden, um Röntgenstrahlen, die verbreitet bei Sicherheitsbildern verwendet werden, zu ergänzen.
Die Niedermagnetfeld-MRT kann eine Vorpolarisationsspule zur Polarisation einer Probe, eine Messmagnetfeldspule zur Bestimmung von Relaxationseigenschaften eines Protonenspins der polarisierte Spule, einen SQUID-Sensor, der dazu gestaltet ist, ein NMR-Signal zu lesen, und ein Kühlsystem, das dazu gestaltet ist, den SQUID-Sensor unter eine kritische Temperatur zu kühlen, umfassen.
Typischerweise kann die Vorpolarisationsspule ein Magnetfeld mit einer Stärke von etwa einigen zehn bis einigen hundert Millitesla erzeugen, um eine Probe ausreichend zu polarisieren. Durch die Vorpolarisationsspule kann ein Strom von einigen zehn bis einigen hundert Ampere (A) fließen. Doch wenn ein Strom von einigen hundert Ampere durch die aus Kupfer, das ein widerstandsbehafteter Leiter ist, hergestellte Vorpolarisationsspule fließt, kann die Vorpolarisationsspule eine Joulesche Erwärmung in der Größenordnung eines Kilowatts (kW) erzeugen. Die Joulesche Erwärmung der Vorpolarisationsspule kann mit einem dickeren Leiter mit geringem Widerstand pro Einheitslänge leicht verringert werden. Es kann jedoch das Volumen der Spule zunehmen, da die Dicke des Leiters zunimmt. Entsprechend kann ein Verfahren der Kühlung der Vorpolarisationsspule zur Verringerung des spezifischen elektrischen Widerstands am wirksamsten sein. Das heißt, da der spezifische elektrische Widerstand von Metall mit einer niedrigeren Temperatur abnimmt, ist es vorteilhaft, die Vorpolarisationsspule auf eine möglichst niedrige Temperatur zu kühlen.
Im Allgemeinen kann eine widerstandsbehaftete Vorpolarisationsspule unter Verwendung eines Kältemittels wie etwa flüssiger Stickstoff oder flüssiges Helium gekühlt werden. Flüssiges Helium (4,2 K) kann eine viel niedrigere Temperatur als flüssiger Stickstoff (77 K) bereitstellen. Entsprechend kann der spezifische elektrische Widerstand der widerstandsbehafteten Vorpolarisationsspule weiter verringert werden, wenn die widerstandsbehaftete Vorpolarisationsspule unter Verwendung von flüssigem Helium gekühlt wird. Zusätzlich können ein SQUID-Sensor und eine Vorpolarisationsspule unter Verwendung eines einzelnen Dewargefäßes gekühlt werden. Doch die latente Verdampfungswärme von flüssigem Helium ist zumindest einhundert Mal kleiner als jene von flüssigem Stickstoff. Entsprechend ist zur Absorption der gleichen Wärmemenge mehr flüssiges Helium als flüssiger Stickstoff erforderlich. Und da die Kosten von flüssigem Helium etwa einhundert Mal höher als jene von flüssigem Stickstoff sind, ist es nicht realistisch, die widerstandsbehaftete Vorpolarisationsspule mit dem flüssigen Helium zu kühlen.
Die widerstandsbehaftete Vorpolarisationsspule kann in einem Flüssighelium-Dewargefäß angeordnet werden, in dem ein SQUID-Sensor angebracht ist. In diesem Fall kann das flüssige Helium eine Schwingung erzeugen, während es durch das Absorbieren der Wärme der widerstandsbehafteten Vorpolarisationsspule kocht. Die durch das Heliumgas erzeugte Schwingung kann zu dem SQUID-Sensor übertragen werden und die Betriebseigenschaften des SQUID-Sensors verschlechtern.
Es kann ein gesondertes Dewargefäß, das flüssigen Stickstoff enthält, verwendet werden, um die widerstandsbehaftete Vorpolarisationsspule zu kühlen. In diesem Fall wird neben dem Flüssighelium-Dewargefäß, in dem der SQUID-Sensor angebracht ist, ein gesondertes Flüssigstickstoff-Dewargefäß benötigt, in dem die Vorpolarisationsspule angeordnet werden muss. Doch da das Flüssigstickstoff-Dewargefäß und das Flüssighelium-Dewargefäß einen Mindestverbrauch an Kältemitteln benötigen, ist der Schwierigkeitsgrad ihrer Herstellung hoch und sind auch ihre Kosten hoch. Das heißt, die Verwendung von zwei Arten von Dewargefäßen ist in Anbetracht der Systemkomplexität und der hohen Kosten nicht erwünscht.
Eine Niedermagnetfeld-MRT, die einen SQUID-Sensor verwendet, leidet an dem gesonderten Problem, dass die Eigenschaften des SQUID-Sensors durch ein Material, das bei der Herstellung eines Dewargefäßes verwendet wird, verschlechtert werden. Ein Flüssighelium-Dewargefäß umfasst zwischen der Innenwand und der Außenwand des Dewargefäßes eine Wärmeisolierschicht in einem Vakuumzustand, um die Wärmeisolierungseigenschaften zu verbessern. In der Wärmeisolierschicht kann eine Wärmeabschirmung angeordnet sein. Die Wärmeabschirmung verhindert, dass Strahlungswärme, die von der Außenseite des Dewargefäßes kommt, in die Innenwand des Dewargefäßes übertragen wird. Die Wärmeabschirmung ist hauptsächlich aus einem Metallmaterial hergestellt.
Ein Niedermagnetfeld-MRT-System, das einen SQUID-Sensor verwendet, kann ein Signal wirksam feststellen, da die Dämpfungsrate des Signals mit der Abnahme des Abstands zwischen einer Probe und einer Aufnahmespule des SQUID-Sensors abnimmt. Entsprechend sollte die Dicke einer Wärmeisolierschicht eines Dewargefäßes zum Kühlen so gering als möglich sein. In diesem Fall gelangt die Aufnahmespule des SQUID-Sensors nahe an die Probe und die Wärmeabschirmung. Das inhärente thermische Rauschen der metallischen Wärmeisolierschicht verursacht, dass das Rauschen des SQUID-Sensors zunimmt.
Ein Dewargefäß zum Zwecke des Kühlens eines SQUID-Sensors kann unvermeidlich eine Wärmeabschirmung verwenden. Doch die Verwendung der Wärmeabschirmung wird so weit als möglich unterdrückt, um einen Einfluss auf den SQUID-Sensor zu verringern. Obwohl im Stickstoff-Dewargefäß eine geringere Menge an flüssigem Stickstoff als jene von flüssigem Helium in einem Helium-Dewargefäß verwendet wird, da die Temperatur von flüssigem Stickstoff verhältnismäßig höher als jene von flüssigem Helium ist, ist das Flüssigstickstoff-Dewargefäß kein Aufbau, in dem keine Wärmeabschirmung vorhanden ist. Entsprechend kann das Flüssigstickstoff-Dewargefäß eine Ursache für zusätzliches Rauschen hinsichtlich der Referenz des SQUID-Sensors bieten.
Eine rauscharme Kühlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Dewargefäßform bereit, die für ein integriertes System aus einer supraleitenden Vorpolarisationsspule und einem SQUID-Sensor optimiert ist. Zusätzlich wird eine Anordnung einer supraleitenden Vorpolarisationsspule vorgeschlagen, die fähig ist, eine Probe so stark als möglich zu magnetisieren.
Eine rauscharme Kühlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet eine elektrisch nichtleitfähige Hilfswärmeabschirmung, um das Problem des thermischen Rauschens infolge einer metallischen Wärmeisolierschicht zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben werden. Diese Erfindung kann jedoch hierin in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden. Diese Ausführungsformen sind vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung genau und vollständig sein wird, und werden Fachleuten den Umfang der Erfindung vollständig vermitteln. In den Zeichnungen verweisen gleiche Zahlen auf die gleichen Bezüge.
1 veranschaulicht eine rauscharme Kühlvorrichtung 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die rauscharme Kühlvorrichtung 100 ein Dewargefäß 102. Das Dewargefäß 102 umfasst einen Außenbehälter 120 und einen Innenbehälter 110. Ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter 120 und dem Innenbehälter 110 wirkt als Wärmeisolierschicht in Vakuum. Der Innenbehälter 110 enthält ein flüssiges Kältemittel 104.
Die rauscharme Kühlvorrichtung 100 umfasst eine Vorpolarisationsspule 140, die im Inneren des Innenbehälters 110 angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel 104 eingetaucht ist, eine Aufnahmespule 172, die in das Kältemittel 104 eingetaucht ist, und eine SQUID 150, die elektrisch mit der Aufnahmespule 172 verbunden ist und in das flüssige Kältemittel 104 eingetaucht ist. Die Vorpolarisationsspule ist aus einem Supraleiter gebildet.
Der Außenbehälter 120 kann einen äußeren Körperteil 122 und einen äußeren konkaven Teil 124, der an einer unteren Fläche des äußeren Körperteils 122 angeordnet ist, um eine Probe 160 abzudecken, umfassen. Der äußere Körperteil 122 kann eine zylindrische Form zeigen. Der äußere Körperteil 122 kann eine äußere obere Platte 121 umfassen. Die äußere obere Platte 121 kann an dem äußeren Körperteil 122 angebracht sein. Die äußere obere Platte 121 kann aus einem Metallmaterial gebildet sein. Die äußere obere Platte 121 kann einen Vakuumanschluss 123 und eine Durchgangsöffnung (nicht gezeigt), die in der Mitte der äußeren oberen Platte 121 gebildet ist, umfassen. Der Vakuumanschluss 123 kann an eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen sein. Der äußere konkave Teil 124 kann eine zylindrische Form zeigen und einen vertieften Aufbau an einer unteren Fläche des äußeren Körperteils 122 aufweisen. Der äußere Körperteil 122 und der äußere konkave Teil 124 können aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) gebildet sein. Im Besonderen können der äußere Körperteil 122 und der äußere konkave Teil 124 aus einem nichtmetallischen G10-FKV gebildet sein.
Der Innenbehälter 110 kann einen inneren Halsteil 116, der mit der äußeren oberen Platte 121 verbunden ist, einen inneren Körperteil 114, der mit dem inneren Halsteil 116 verbunden ist, und einen inneren konkaven Teil 112, der mit dem inneren Körperteil 114 verbunden ist, um den äußeren konkaven Teil 124 abzudecken, umfassen. Der innere konkave Teil 112 kann um den äußeren konkaven Teil 124 herum angeordnet sein. Jeder aus dem Innenbehälter 110 und dem Außenbehälter 120 kann eine zylindrische Form zeigen.
Der Durchmesser des inneren Körperteils 114 kann kleiner als jener des inneren Halsteils 116 sein. Der Durchmesser des inneren Körperteils 114 kann größer als jener des inneren konkaven Teils 112 sein. Der Innenbehälter 110 kann über die Durchgangsöffnung an dem Außenbehälter 120 angebracht sein. Im Besonderen kann ein Ende des inneren Halsteils 116 mit der Durchgangsöffnung verbunden sein. In einem Raum zwischen dem Innenbehälter 110 und dem Außenbehälter 120 kann eine Wärmeisolierschicht gebildet sein. Luft in der Wärmeisolierschicht kann durch den Vakuumanschluss 123 ausgepumpt werden, um ein Vakuum herzustellen. Der Innenbehälter 110 kann aus FKV hergestellt sein. Der innere Körperteil 114 kann eine zylindrische Form zeigen. Der innere konkave Teil 112 kann einen vertieften Aufbau an einer unteren Fläche des inneren Körperteils 114 aufweisen. Der innere konkave Teil 112 kann eine zylindrische Form aufweisen. Ein Abschnitt des inneren Körperteils 114 kann mit dem flüssigen Kältemittel 104 gefüllt sein. Das flüssige Kältemittel 104 kann flüssiges Helium oder flüssiger Stickstoff sein. Das flüssige Kältemittel 104 kann abhängig von den Materialien der SQUID 150 und der Vorpolarisationsspule 140 variieren.
Die SQUID 140 kann eine Tieftemperatur-Supraleiter-SQUID (LTS-SQUID) sein. Die LTS-SQUID kann einen Nb/AlOx/Nb-Josephson-Kontakt verwenden. Die Magnetfeldempfindlichkeit des LTS-SQUID kann im Band von 1 kHz etwa 1 bis 2 fT/√ Hz betragen. Ein Zielfrequenzband einer Niedermagnetfeld-MRT kann ein Band von einigen bis einigen hundert Hertz sein. In dem Zielfrequenzband kann die Magnetfeldempfindlichkeit der LTS-SQUID 10 fT/√ Hz oder weniger betragen. Die LTS-SQUID zeigt während eines Langzeitbetriebs in einem Tieftemperaturzustand oder einer wiederholten Abfolge zwischen einer hohen Temperatur und der Raumtemperatur physikalisch und chemisch sehr stabile Eigenschaften.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die SQUID 140 eine Hochtemperatur-Supraleiter-SQUID (HTS-SQUID) sein. Die HTS-SQUID kann aus keramikbasiertem Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid (YBCO) gebildet sein. Die Magnetfeldempfindlichkeit der HTS-SQUID kann in dem Band von einigen bis einigen hundert Hertz etwa 20 bis 100 fT/√ Hz betragen. Hinsichtlich der physikalischen und der chemischen Stabilität kann die HTS-SQUID schwächer als die LTS-SQUID sein.
Ein Flusstransformator kann die Empfindlichkeit der SQUID 140 verbessern. Der Flusstransformator kann eine Aufnahmespule 172, die dazu gestaltet ist, einen Magnetfluss festzustellen, und eine Eingangsspule (nicht gezeigt), die dazu gestaltet ist, den Magnetfluss zu verstärken, umfassen. Der Flusstransformator kann aus einem Supraleiter gebildet sein. Vorzugsweise weist die Aufnahmespule 172 eine große Fläche auf, um mehr Magnetfluss zu detektieren. Die Eingangsspule kann eine der SQUID 140 ähnliche Fläche aufweisen, um einen Magnetfluss auf die SQUID 40 zu fokussieren, und kann viele Male gewickelt sein, um den Magnetfluss zu verstärken. Die Aufnahmespule 172 kann ein Magnetometer oder ein Gradiometer umfassen. Das Magnetometer ist aus einer Spule mit einer Windung gebildet und überträgt den festgestellten Magnetfluss nach dem Verstärken des festgestellten Magnetflusses um die Anzahl der Spulenwindungen zu der SQUID 140. Das Gradiomete ist aus zwei Spulen mit entgegengesetzten Windungsrichtungen gebildet. Daher ist das Gradiometer gleichmäßigen Magnetfeldern gegenüber unempfindlich. Das Gradiometer stellt jedoch einen Unterschied zwischen Magnetflüssen, die durch zwei Spulen aufgenommen werden, in Bezug auf einen Magnetflussgradienten fest und überträgt den Unterschied zu der Eingangsspule. Die Aufnahmespule 172 kann ein Paar von Gradiometern sein. Entsprechend kann die Aufnahmespule 172 eine erste bis vierte Schleife 172a bis 172d umfassen. Die Art der Aufnahmespule 172 kann verschiedenartig abgewandelt werden.
Die Vorpolarisationsspule 140 kann so angeordnet sein, dass sie den inneren konkaven Teil 112 bedeckt. Die gesamte Aufnahmespule 172 oder ein Teil davon kann zwischen der Vorpolarisationsspule 140 und dem inneren konkaven Teil 112 angeordnet sein. Das Dewargefäß 102, das den äußeren konkaven Teil 124 beinhaltet, kann einen Aufbau bereitstellen, bei dem die Aufnahmespule 172 die Probe 160 vollständig abdeckt. Die Vorpolarisationsspule 140 kann einen Abstand bereitstellen, der kurz genug ist, dass die Probe 160 vorpolarisiert wird. Die Mitte der Aufnahmespule 172 muss nicht notwendigerweise mit jener der Probe 160 übereinstimmen.
Die Vorpolarisationsspule 140 kann einen Supraleiter umfassen. Die Vorpolarisationsspule 140 kann aus einem Bandleiter oder einem Drahtleiter gebildet sein. Wenn die Vorpolarisationsspule 140 aus einem Bandleiter gebildet ist, kann der Leiter einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen.
Ein Supraleiter ist ein Material, das unter einer bestimmten kritischen Temperatur null Widerstand zeigt. Entsprechend kann die Vorpolarisationsspule 140 unter Verwendung eines Supraleiters hergestellt werden und kann die Vorpolarisationsspule 140 unter der kritischen Temperatur arbeiten. In diesem Fall leidet die Vorpolarisationsspule 140 nicht an dem Problem eines übermäßigen Kältemittelverbrauchs durch Joulesche Erwärmung. Überdies kann mit einer kleinen Anzahl von Spulenwindungen ein größeres Magnetfeld erzeugt werden, da die Stromdichte eines Supraleiters hunderte Male größer als jene eines typischen Kupferleiters sein kann. Zusätzlich kann das Volumen einer Vorpolarisationsspule im Vergleich zu Spulen, die aus einem Kupferleiter gebildet sein, abnehmen. Die supraleitende Vorpolarisationsspule 140 kann ungeachtet dessen, ob ein Material der supraleitenden Vorpolarisationsspule 140 ein Hochtemperatur-Supraleiter oder ein Tieftemperatur-Supraleiter ist, bei einer Temperatur von flüssigem Helium arbeiten. Daher kann dann, wenn eine Vorpolarisationsspule aus einem Supraleiter gebildet ist, ein integriertes System aus einer Vorpolarisationsspule und einer SQUID ausgeführt werden. Das heißt, ein Dewargefäß kann sowohl die Vorpolarisationsspule 140 als auch die SQUID 150 betreiben.
Wenn ein integriertes System aus einer Vorpolarisationsspule und einer SQUID unter Verwendung einer aus einem Kupferleiter gebildeten Vorpolarisationsspule ausgeführt wird, kann ein flüssiges Kältemittel eine Schwingung erzeugen, während es durch das Absorbieren der Wärme der Vorpolarisationsspule kocht. Die Schwingung kann zu einer SQUID übertragen werden, wodurch die Betriebseigenschaften der SQUID verschlechtert werden.
Wenn ein integriertes System aus einer Vorpolarisationsspule und einer SQUID unter Verwendung einer aus einem Kupferleiter gebildeten Vorpolarisationsspule ausgeführt wird, kann ein gesondertes Dewargefäß bereitgestellt sein, um die Vorpolarisationsspule zu kühlen. Doch die Verwendung des gesonderten Dewargefäßes führt zu einer erhöhten Systemkomplexität und höheren Kosten.
Doch wenn die Vorpolarisationsspule aus einem Supraleiter gebildet ist, kann die Schwingung aufgrund der deutlich geringeren Wärmeerzeugung der Vorpolarisationsspule ausreichend verringert werden. Zusätzlich können die Vorpolarisationsspule und die SQUID integriert hergestellt werden, wodurch die Systemkomplexität und die Kosten verringert werden.
2 veranschaulicht einen Aufbau eines Supraleiterdrahts, der eine Vorpolarisationsspule nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
Unter Bezugnahme auf 2 sollte der Supraleiterdraht, der eine Vorpolarisationsspule bildet, seine Eigenschaften bei einem sich verändernden Strom bewahren und den Wechselstrom-Wärmeverlust, der mit der Stromveränderung auftritt, minimieren. In dieser Hinsicht kann eine Vorpolarisationsspule 10 eine Form aufweisen, bei der dünne Supraleiterfilamente 12 fest in eine Matrix 14 eingebettet sind.
Der durch die Magnetisierungshysterese verursachte Wechselstrom-Wärmeverlust wird umso geringer, je kleiner der Durchmesser des Supraleiterfilaments 12 ist. Die Matrix 14 kann aus einer Kupferlegierung wie CuNi und CuMn gebildet sein. Bei einer Kupferlegierung ist der spezifische elektrische Widerstand der Kupferlegierung bei 4,2 K, was der Verdampfungspunkt von flüssigem Helium auf Meereshöhe ist, etwa eintausend Mal höher als jener von reinem Kupfer. Daher kann die Matrix 14 einen Wirbelstrom, der durch die Veränderung des Stroms erzeugt wird, rasch verringern. Überdies kann der Kopplungsverlust zwischen den Supraleiterfilamenten 12, der durch die Veränderung des Stroms erzeugt wird, minimiert werden.
Das Supraleiterfilament 12 kann ein Tieftemperatur-Supraleiter sein. Das Supraleiterfilament 12 kann zumindest eines aus NbTi, Nb₃Sn und MgB₂ umfassen. Eine Metallhaut 16 kann angeordnet sein, um die Matrix 14 zu bedecken. Die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit der Metallhaut 16 können besser als jene der Matrix 14 sein. Entsprechend kann die Metallhaut 14 beim Auftreten einer Supraleiterquencherscheinung eine Diffusion der Erscheinung verhindern und die Supraleitfähigkeit rasch wiederherstellen.
Zum Beispiel kann die Vorpolarisationsspule 10 eine Form aufweisen, bei der NbTi-Supraleiterfilamente mit einer Dicke von 0,014 Mikrometer fest in eine Matrix 14 aus einer Kupfer-Nickel-Legierung eingebettet sind. Eine Leiterdicke der Vorpolarisationsspule 10 kann etwa 0,2 Millimeter (mm) betragen, und ihr Gesamtvolumen kann etwa 200 cm³ betragen. Die Anstiegs- und die Abfallzeit des Stroms beträgt jeweils 5 Millisekunden (msek). Ein Stromimpuls von maximal 1000 Ampere (A) kann an die Vorpolarisationsspule 10 angelegt werden, um ein Magnetfeld von 0,5 Tesla zu erzeugen. In diesem Fall kann der maximale geschätzte Wärmeverlust 40 mJ pro Impuls betragen. Wenn der Impuls alle vier Sekunden ein Mal angelegt wird, beträgt der Durchschnitt des geschätzten Wechselstrom-Wärmeverlusts 108 mW.
Andererseits kann der Wärmeverlust einer Vorpolarisationsspule, die aus einem widerstandsbehafteten Leiter mit einem Gesamtwiderstand von 0,58 Ohm bei 77 K gebildet ist, 1 kW betragen, wenn ein Strom von 40 A angelegt wird, um 0,2 T zu erzeugen. Der Wärmeverlust einer supraleitenden Vorpolarisationsspule beträgt lediglich 1/100000 jenes der widerstandsbehafteten Vorpolarisationsspule. Entsprechend weist die supraleitende Vorpolarisationsspule wenig nachteilige Wirkungen auf eine SQUID in einem Flüssighelium-Dewargefäß auf, und hält das Ausmaß der Verdampfung des flüssigen Heliums bei einem vernachlässigbaren Wert.
3 veranschaulicht einen Aufbau eines Supraleiterbands, das eine Vorpolarisationsspule nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
Unter Bezugnahme auf 3 kann das Supraleiterband 20 eine Puffermaterialschicht 23, einen Supraleiter 24, eine leitfähige Schutzschicht 25 und eine Stabilisatorschicht 21 aus Kupfer umfassen, die der Reihe nach auf ein Substratmaterial 22 gestapelt sind. Die Stabilisatorschicht 21 aus Kupfer ist angeordnet, um das Substratmaterial 22, die Puffermaterialschicht 23, den Supraleiter 24 und die leitfähige Schutzschicht 25 abzudecken. Das Substratmaterial 22 kann hauptsächlich ein Hastelloy-basiertes Nickellegierungsmaterial, das eine Dicke von etwa 50 μm aufweist und eine hohe Zugfestigkeit und mechanische Stabilität zeigt, einsetzen. Die Puffermaterialschicht 23 kann durch Stapeln mehrerer Oxide zu Dicken von 10 bis 40 nm auf das Substratmaterial 22 gebildet werden, so dass sie als mechanische Pufferschicht wirkt. Das Oxid kann zumindest eines aus LaMnO₃, MgO und Al₂O₃ umfassen. Der Supraleiter 24 kann zu einer Dicke von etwa 1 μm auf die Puffermaterialschicht 23 gestapelt werden. Der Supraleiter 24 kann einen YBCO-basierten klassischen Supraleiter umfassen. Die leitfähige Schutzschicht 25 kann zu einer Dicke von etwa 2 μm auf den Supraleiter 24 gestapelt werden. Die leitfähige Schutzschicht 25 kann den Supraleiter 24 und einen externen Leiter elektrisch miteinander verbinden. Die leitfähige Schutzschicht 25 sollte eine hohe Korrosionsbeständigkeit zeigen. Die leitfähige Schutzschicht 25 kann aus Silber (Ag) gebildet sein. Die Stabilisatorschicht 21 aus Kupfer kann in der Form einer Abdeckung des Substratmaterials 22, der Puffermaterialschicht 23, des Supraleiters 24 und der leitfähigen Schutzschicht 25 bis zu einer Dicke von etwa 20 μm ausgeführt sein. Die Stabilisatorschicht 21 aus Kupfer kann einen Wirbelstrom, der erzeugt wird, wenn sich der zu dem Supraleiter 24 fließende Strom verändert, durch eine Widerstandserwärmung absorbieren, wodurch der Wechselstrom-Wärmeverlust des Supraleiters 24 verringert wird.
4 veranschaulicht einen Steckverbinder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 4 und 1 kann ein Steckverbinder 180 die Vorpolarisationsspule 140 und eine Stromquelle (nicht gezeigt) elektrisch miteinander verbinden.
Der Steckverbinder 180 kann eine erste Verdrahtung 186, die teilweise in ein flüssiges Kältemittel 104 eingetaucht ist und elektrisch mit der Vorpolarisationsspule 140 verbunden ist, eine zweite Verdrahtung 182, die elektrisch mit der ersten Verdrahtung 186 verbunden ist und im Inneren des Innenbehälters 110 angeordnet ist, einen ersten Steckverbinder 184, der die erste Verdrahtung 186 und die zweite Verdrahtung 182 elektrisch miteinander verbindet, eine dritte Verdrahtung 189, die elektrisch mit der zweiten Verdrahtung 182 verbunden ist und außerhalb des Dewargefäßes 102 angeordnet ist, und einen zweiten Steckverbinder 188, der die zweite Verdrahtung 182 und die dritte Verdrahtung 189 elektrisch miteinander verbindet, umfassen. Die zweite Verdrahtung 182 und die dritte Verdrahtung 189 können Litzen sein. Jede aus der zweiten und der dritten Verdrahtung 182 und 189 kann mehrere Leiter umfassen, die durch den zweiten Steckverbinder 188 unabhängig verbunden sind.
Die erste Verdrahtung 186 kann mit der Vorpolarisationsspule 140 verbunden sein. Ein Ende der ersten Verdrahtung 186 kann in ein flüssiges Kältemittel 104 eingetaucht sein, und ihr anderes Ende kann zu der Außenseite des flüssigen Kältemittels 104 hin freiliegen. Die erste Verdrahtung 186 kann ein Hochtemperatur-Supraleiter sein. Ein Ende der zweiten Verdrahtung 182 kann durch den ersten Steckverbinder 184 mit dem anderen Ende der ersten Verdrahtung 186 verbunden sein. Das andere Ende der zweiten Verdrahtung 182 kann durch den zweiten Steckverbinder 188 mit der dritten Verdrahtung verbunden sein. Die zweite Verdrahtung 182 und die dritte Verdrahtung 189 können Widerstandsleiter in der Form von Litzen sein. Der Widerstandsleiter kann Kupfer (Cu) umfassen.
Die erste Verdrahtung 186 kann aus einem keramikbasierten Hochtemperatur-Supraleiter gebildet sein. Die erste Verdrahtung 186 kann dazu gestaltet sein, zu verhindern, dass Wärme von außerhalb des Dewargefäßes 102, die durch die zweite Verdrahtung 182 einlangt, zu dem flüssigen Kältemittel 104 im Inneren des Dewargefäßes 102 übertragen wird. Wenn die zweite Verdrahtung 182 aus einem festen Draht oder einem Litzendraht gebildet ist, kann der wirksame Wechselstromwiderstand aufgrund der Wirkung der Leiteroberfläche zunehmen, wenn sich das Ausmaß des Stroms, der von der Stromquelle zu der Vorpolarisationsspule 140 geliefert wird, rasch verändert. Wenn die zweite Verdrahtung 182 aus einem festen Draht oder einem Litzendraht gebildet ist, kann eine wirksame Querschnittfläche eines Leiters in einer Stromflussrichtung zunehmen. Entsprechend kann das thermische Rauschen (Johnson-Rauschen) zunehmen. Ein Magnetfeld, das von dem thermischen Rauschstrom erzeugt wird, kann durch die SQUID 150 als Messungsrauschen aufgenommen werden. Der thermische Rauschstrom wird umso geringer, je dünner und länger ein Leiter ist. Um den wirksamen Wechselstromwiderstand zu verringern und den thermischen Rauschstrom zu minimieren, kann die zweite Verdrahtung 181 ein Litzenleiter sein, worin mehrere Leiter verdreht sind. Das heißt, die zweite Verdrahtung 182 kann einen minimalen elektrischen Widerstand und eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um den Zufluss von Wärme von der Außenseite des Dewargefäßes zu minimieren. In diesem Fall ist die Anzahl der Leiter in der zweiten Verdrahtung 182 groß genug, um einen übermäßigen Anstieg der Leitertemperatur, der sich aus der Widerstandserwärmung ergibt, wenn der maximale Strom fließt, zu verhindern.
Die zweite Verdrahtung 182 und die dritte Verdrahtung 189 können so gestaltet sein, dass sie die Erzeugung von thermischem Rauschen durch den zweiten Steckverbinder 188 minimieren. Der zweite Steckverbinder 188 kann eine Buchse 188b und einen Stecker 188a umfassen. Der zweite Steckverbinder 188 kann mehrere Kontaktstifte 188a umfassen, so dass Kupferleiter 188d, die die zweite Verdrahtung 182 bilden, unabhängige Klemmen aufweisen, die voneinander isoliert sind. Der zweite Steckverbinder 188 kann die Bildung einer Kurzweg-Leiterschleife zwischen Kupferleitern im Inneren des Dewargefäßes verhindern und die Größe des thermischen Rauschens verringern. Die Größe des erzeugten thermischen Rauschens wird umso geringer, je länger ein Weg einer Leiterschleife ist. Wenn Litzenleiter alle durch eine Klemme verbunden sind, kann zwischen einzelnen Litzenleitern im Inneren des Dewargefäßes eine Kurzweg-Leiterschleife gebildet werden.
Zum Beispiel können die zweite Verdrahtung 182 und die dritte Verdrahtung 189 200 Kupferleiter mit einer Dicke von 0,5 mm umfassen. In diesem Fall kann die gesamte wirksame Dicke der zweiten Verdrahtung 182 und der dritten Verdrahtung 189 etwa 8 mm betragen. Wenn ein Strom von 100 A durch die dritte Verdrahtung 189 fließt, kann die von der dritten Verdrahtung 189 erzeugte Joulesche Erwärmung etwa 4,3 W pro Leiter pro Meter betragen. Die Joulesche Erwärmung kann hoch genug sein, um eine Leitertemperatur um 0,3 Grad C pro Sekunde zu erhöhen, wenn die Kühlung vernachlässigt wird. Wenn eine Luftkühlung der dritten Verdrahtung 189 in Betracht gezogen wird, kann der praktische Temperaturanstieg der dritten Verdrahtung 189 vernachlässigbar sein.
5 veranschaulicht eine leitfähige Wärmeabschirmschicht nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 5 kann eine Wärmeabschirmschicht 130 mit einem inneren Halsteil 116 kombiniert sein, um einen inneren Körperteil 114 zu bedecken. Die Wärmeabschirmschicht 130 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material sein. Die Wärmeabschirmschicht 130 kann sich zu einem Abschnitt einer Seitenfläche des inneren konkaven Teils 112 erstrecken. Die Wärmeabschirmschicht 130 kann aus Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Ein Ende der Wärmeabschirmschicht 130 kann mit dem inneren Halsteil 116 kombiniert sein, und ihr anderes Ende kann senkrechte Schlitze aufweisen. Die Wärmeabschirmschicht 130 kann zylinderförmig sein.
Die Wärmeabschirmschicht 130 kann eine erste Wärmeabschirmschicht 132 und eine zweite Wärmeabschirmschicht 134, welche die erste Wärmeabschirmschicht 132 bedeckt, umfassen. Da die Wärmeabschirmschicht 130 ein elektrisch leitfähiges Material ist, kann das inhärente thermische Rauschen der Wärmeabschirmschicht 130 eine nachteilige Wirkung auf die SQUID 150 oder die Aufnahmespule 172 aufweisen. Strahlungswärme, die durch die Wärmeabschirmschicht 130 gesammelt wird, kann in der Form von Leitungswärme zu dem inneren Halsteil 116 übertragen werden. Die zu dem inneren Halsteil 116 übertragene Leitungswärme kann durch ein verdampftes flüssiges Kältemittel gekühlt werden. Da die Wärmeabschirmschicht 130 inhärentes thermisches Rauschen zu der SQUID 150 übertragen kann, muss die Verwendung der Wärmeabschirmschicht 130 beschränkt werden. Entsprechend kann die leitfähige Wärmeabschirmschicht 130 zwischen der Probe 160 und der Aufnahmespule 172 teilweise oder vollständig entfernt sein. Der thermische Kontakt zwischen der Wärmeabschirmschicht 130 und dem inneren Halsteil 116 kann durch Klammern 133 und 135 verbessert werden. Die Klammern 133 und 135 können mit der Wärmeabschirmschicht 130 kombiniert werden, um eine Kontaktfläche des inneren Halsteils 116 zu vergrößern.
Die erste Wärmeabschirmschicht 132 kann einen Plattenteil 132a und einen Streifenteil 132b umfassen. Der Plattenteil 132a kann mit dem inneren Halsteil 116 kombiniert sein, um den inneren Körperteil 114 abzudecken. Der Streifenteil 132b kann fortlaufend so mit dem plattenartigen Teil 132a kombiniert sein, dass er um den unteren inneren Körperteil 114 herum angeordnet ist. Der Plattenteil 132a kann eine zylindrische Form aufweisen.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sich der Plattenteil 132 zu dem unteren Abschnitt des inneren Körperteils 114 erstrecken. Der Streifenteil 132b kann zwischen dem inneren konkaven Teil 112 und dem äußeren konkaven Teil 124 angeordnet sein.
6 veranschaulicht einen Knoten einer Superwärmeisolierschicht 192 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 6 kann die Superwärmeisolierschicht 192 Filamentfasern 192a und 192b und ein anisotropes elektrisch leitfähiges Material 192c, das auf den Filamentfasern 192a und 192b abgelagert ist, umfassen. Das anisotrope elektrisch leitfähige Material 192c kann einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweisen, der gemäß der Welligkeit der Filamentfasern 192a und 192b mit Unterbrechungen gebildet ist.
Eine Superwärmeisolierschicht 192 kann zwischen dem inneren konkaven Teil 112 und dem äußeren konkaven Teil 124 angeordnet sein. Die Superwärmeisolierschicht 192 kann sich so erstrecken, dass sie den inneren Körperteil 114 abdeckt. Die Superwärmeisolierschicht 192 kann in der Wärmeisolierschicht angeordnet sein. Entsprechend kann die Superwärmeisolierschicht 192 verhindern, dass Wärme von außerhalb des Dewargefäßes 102 über Strahlung zum Inneren des Dewargefäßes 102 übertragen wird. Die Superwärmeisolierschicht 192 kann ein elektrisch nicht leitfähiges Material sein.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Superwärmeisolierschicht 192 so in mehrere Gitter geteilt sein, dass ihre Oberflächen voneinander elektrisch isoliert sind. Die Superwärmeisolierschicht 192 kann Aluminium-Mylar umfassen. Die Superwärmeisolierschicht 192 kann mehrere Aluminium-Mylar-Verbundfilme umfassen.
Die Wärmeabschirmschicht 130 braucht nicht notwendigerweise zwischen der Probe 160 und der Aufnahmespule 172 angeordnet sein. Statt dessen kann dazwischen nur die Superwärmeisolierschicht 192 angeordnet sein. In einem solchen Fall kann die Aufnahmespule 172 weniger durch thermisches Rauschen, das durch die leitfähige Wärmeabschirmschicht 130 verursacht wird, beeinflusst werden.
Die Magnetisierungsstärke der Probe 160 kann abhängig von einem Abstand zwischen der Probe 160 und der Vorpolarisationsspule 140 und ihrer Anordnung schwanken. Zusätzlich kann die Stärke eines Signals abhängig von dem Abstand zwischen der Probe 160 und der Aufnahmespule 172 schwanken. Daher können eine räumliche Anordnung einer Probe und einer Vorpolarisationsspule und eine räumliche Anordnung der Probe und einer Aufnahmespule eine bedeutende Wirkung auf das Leistungsverhalten eines Niedermagnetfeld-MRT-Systems aufweisen.
Eine Kühlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf ein eine supraleitende Vorpolarisationsspule einsetzendes Niedermagnetfeld-MRT-System, in das eine supraleitende Vorpolarisationsspule und eine SQUID integriert ist, angewendet werden. In diesem Fall kann der durch die Vorpolarisationsspule verursachte Meissner-Effekt eine magnetische Wirkung auf die SQUID aufweisen. Daher können eine Anordnung der Vorpolarisationsspule und eine Form des Dewargefäßes eine erhebliche Wirkung auf das Leistungsverhalten des Systems aufweisen.
Wenn das Niedermagnetfeld-MRT-System, bei das eine supraleitende Vorpolarisationsspule und eine SQUID integriert sind, auf ein Dewargefäß vom herkömmlichen Typ angewendet wird, ist eine Probe an der außermittigen Position in der Vorpolarisationsspule angeordnet. Dadurch kann der obige Aufbau für ein Niedermagnetfeld-MRT-System möglicherweise nicht geeignet sein.
Das Dewargefäß muss optimiert werden, um zu gestatten, dass das Niedermagnetfeld-MRT-System, bei dem eine Vorpolarisationsspule und eine SQUID integriert sind, mit dem optimalen Leistungsverhalten arbeitet. Im Besonderen ist das optimierte Dewargefäß ein Dewargefäß vom konkaven Typ, das einen inneren konkaven Teil und einen äußeren konkaven Teil umfasst. Das konkave Dewargefäß kann wie nachstehend dargelegte Vorteile aufweisen.
Erstens ist im Fall eines flachen oder vorstehenden Dewargefäßes eine Probe an einer außermittigen Position in Bezug auf eine Vorpolarisationsspule angeordnet. Dadurch wird die Magnetisierungsstärke der Probe verringert. Im Fall eines konkaven Dewargefäßes ist die Probe jedoch im Inneren eines konkav vertieften Raums mit der Form eines Zylinders angeordnet. Zusätzlich kann die Vorpolarisationsspule so angeordnet sein, dass sie den zylinderförmigen vertieften Raum umgibt. Dadurch kann die Probe in der Mitte im Inneren des zylinderförmigen Raums angeordnet sein, wodurch die Magnetisierungsstärke der Probe erhöht wird.
Zweitens steht die Stärke eines kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Signals einer Probe in einem Verhältnis zu dem Abstand zwischen der Probe und einer Aufnahmespule. Im Fall eines vorstehenden Dewargefäßes und eines flachen Dewargefäßes sollte eine Wärmeisolierschicht des Dewargefäßes neben einer Probe so dünn als möglich sein, um die Stärke des NMR-Signals zu erhöhen. Ein vorstehendes Dewargefäß und ein flaches Dewargefäß benötigen eine Mindestdicke einer Wärmeisolierschicht, um einen Temperaturunterschied von etwa 300 K stabil aufrechtzuerhalten. Im Allgemeinen benötigen ein vorstehendes Dewargefäß und ein flaches Dewargefäß eine Dicke eines FVK-Materials (etwa 8 bis 10 mm), das in einem Innenbehälter und einem Außenbehälter verwendet wird, und eine Dicke einer Vakuumwärmeisolierschicht (etwa 8 bis 10 mm) zwischen dem Innen- und dem Außenbehälter, wo eine Wärmeabschirmschicht und eine Superwärmeisolierschicht angeordnet sind. Entsprechend sind die Probe und die Aufnahmespule im Fall eines vorstehenden Dewargefäßes und eines flachen Dewargefäßes um die Dicke der Wärmeisolierschicht voneinander beabstandet. Doch im Fall eines konkaven Dewargefäßes können eine Probe und eine Aufnahmespule koplanar angeordnet werden. Entsprechend kann eine Signaldämpfung, die sich aus dem Abstand zwischen der Probe und der Aufnahmespule ergibt, unterdrückt werden, da zwischen der Probe und der Aufnahmespule kein Abstandsunterschied in der rechtwinkeligen Richtung besteht. Überdies kann eine Dicke (d) der Wärmeisolierschicht an einem Abschnitt neben der Probe und der Aufnahmespule relativ größer als jene bei einem vorstehenden Dewargefäß oder einem flachen Dewargefäß sein. Entsprechend kann die Schwierigkeit der Herstellung des konkaven Dewargefäßes verringert werden. Im Besonderen können eine Dicke des inneren konkaven Teils, eine Dicke des äußeren konkaven Teils und eine Dicke der Wärmeisolierschicht zwischen dem inneren konkaven Teil und dem äußeren konkaven Teil verringert werden.
Drittens ist im Fall eines konkaven Dewargefäßes ein Raumwinkel der Strahlungswärme, die zu dem konkaven Teil ausgestrahlt wird, klein. Dadurch wird weniger Strahlungswärme eingebracht. Ein konkaver Zylinderabschnitt, wo eine Probe angeordnet ist, ist von einem Abschnitt umgeben, der mit flüssigem Helium gefüllt ist. Entsprechend ist ein innerer konkaver Teil des konkaven Dewargefäßes der Raumtemperatur relativ geringer ausgesetzt, und erhält er verglichen mit einem vorstehenden Dewargefäß oder einem flachen Dewargefäß weniger Strahlungswärme.
Im Fall eines vorstehenden Dewargefäßes oder eines flachen Dewargefäßes kann eine elektrisch leitfähige Wärmeabschirmschicht von dem Bereich, der zu einer Probe und einer Aufnahmespule gerichtet ist, beseitigt sein. Dadurch erhält der zu der Probe gerichtete Bereich mehr Strahlungswärme als die anderen Bereiche. Indessen weist ein Bereich, der zu einer Probe und einer Aufnahmespule gerichtet ist, im Fall eines konkaven Dewargefäßes ausreichend Platz auf, um eine Wärmeisolierschicht anzubringen, wodurch die Einbringung der Strahlungswärme minimiert wird.
Die 7 bis 10 veranschaulichen jeweils Magnetfeldmessvorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Auf bereits in 1 beschriebene Erklärungen wird verzichtet werden.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine Vorpolarisationsspule 240 in der Form einer Helmholtzspule bereitgestellt. Ein Vorpolarisationsmagnetfeld Bp, das durch die Vorpolarisationsspule 240 erzeugt wird, kann zu einem inneren konkaven Teil 112 achsenparallel sein. Die Vorpolarisationsspule 240 kann eine erste Vorpolarisationsspule 240a und eine zweite Vorpolarisationsspule 240b umfassen. Die erste Vorpolarisationsspule 240a und die zweite Vorpolarisationsspule 240b können die gleiche Form aufweisen und können so angeordnet sein, dass sie voneinander beabstandet sind. Die erste Vorpolarisationsspule 240a und die zweite Vorpolarisationsspule 240b können in Reihe oder parallel geschaltet sein. Die erste Vorpolarisationsspule 240a und die zweite Vorpolarisationsspule 240b können so angeordnet sein, dass sie den inneren konkaven Teil 112 bedecken.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorpolarisationsspule 240 nicht auf die Form einer Helmholtzspule beschränkt. Daher kann die Vorpolarisationsspule 240 eine oder mehrere Spulen umfassen, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Unter Bezugnahme auf 8 kann eine Vorpolarisationsspule 340 in der Form einer Helmholtzspule bereitgestellt sein, und kann ein Vorpolarisationsmagnetfeld Bp, das durch die Vorpolarisationsspule 340 erzeugt wird, in einer Richtung verlaufen, die rechtwinkelig zu der Mittelachse eines inneren konkaven Teils 112 verläuft. Die Vorpolarisationsspule 340 kann eine erste Vorpolarisationsspule 340a und eine zweite Vorpolarisationsspule 340b umfassen. Die erste Vorpolarisationsspule 340a und die zweite Vorpolarisationsspule 340b können voneinander beabstandet um den inneren konkaven Teil 112 herum angeordnet sein. Die erste Vorpolarisationsspule 340a und die zweite Vorpolarisationsspule 340b können in Reihe oder parallel geschaltet sein.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Vorpolarisationsspule 340 nicht auf die Form einer Helmholtzspule beschränkt. Daher kann die Vorpolarisationsspule 340 eine oder mehrere Spulen umfassen, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Unter Bezugnahme auf 9 können zwischen den Wärmeabschirmschichten 132 und 134 Superwärmeisolierschichten 192 und 194 angeordnet sein.
Unter Bezugnahme auf 10 kann eine Hilfswärmeabschirmschicht 197 ein elektrisch nicht leitfähiges Material sein, das mit einer Wärmeabschirmschicht 130 kombiniert ist und zwischen einem inneren konkaven Teil 112 und einem äußeren konkaven Teil 124 angeordnet ist. Die Hilfswärmeabschirmschicht 197 kann ein elektrisch nicht leitfähiges Metalloxid umfassen. Im Besonderen kann die Hilfswärmeabschirmschicht 197 zumindest eines aus Aluminiumoxid (Tonerde), Aluminiumnitrid und Bornitrid umfassen.
Ein Dewargefäß benutzt eine Wärmeabschirmschicht, um das thermische Rauschen strukturell zu minimieren. Herkömmlich wird in einem Bereich neben einer Probe und einer Aufnahmespule keine Wärmeabschirmschicht verwendet. Anstelle der Wärmeabschirmschicht wird eine Superwärmeisolierschicht verwendet, um die Strahlungswärme zu blockieren. Es ist jedoch schwierig, eine ausreichende Wärmeisolierwirkung zu erhalten. Entsprechend ist eine nichtmetallische Hilfswärmeabschirmschicht nötig, um die in das Dewargefäß eingebrachte Strahlungswärme zu blockieren. Die Hilfswärmeabschirmschicht kann ein nichtmetallisches Material sein, das verhindert, dass thermisches Rauschen und magnetisches Rauschen eine SQUID erreichen, während es eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Doch da die meisten nichtmetallischen Materialien eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen, können sie möglicherweise schlecht als Wärmeabschirmschichten funktionieren. Aluminiumoxid (Tonerde) ist ein keramikbasiertes nichtmetallisches Material, das aber eine hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 30 W/mK bei 300 K und etwa 1,7 W/mK bei 5 K aufweist. Eine herkömmliche Wärmeabschirmschicht ist in einem Bereich angeordnet, in dem ein Abstand zwischen der Aufnahmespule und der Probe weit ist. Aus diesem Grund kann die Hilfswärmeabschirmschicht in einem Bereich in der Nähe der Aufnahmespule und der Probe angeordnet sein. Da die Hilfswärmeabschirmschicht und die Wärmeabschirmschicht in einem verlässlichen Kontakt miteinander stehen können, können sie extern eingebrachte Strahlungswärme blockieren und thermisches Rauschen, das durch eine metallische Wärmeabschirmschicht verursacht wird, unterdrücken.
11 veranschaulicht eine Kühlvorrichtung 400 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 11 kann die Kühlvorrichtung 400 einen Außenbehälter 420 und einen Innenbehälter 410 umfassen. Der Innenbehälter 410 kann im Inneren des Außenbehälters 420 angeordnet sein und einen inneren Halsteil 416 und einen inneren Körperteil 414 umfassen. Eine elektrisch leitfähige Wärmeabschirmschicht 430 kann mit dem inneren Halsteil verbunden sein und so angeordnet sein, dass sie zumindest eine Seitenfläche des inneren Körperteils 414 bedeckt. Eine Hilfswärmeabschirmschicht 479 kann in einem Bereich neben einer Probe 460, die unter dem Außenbehälter 420 angeordnet ist, in Kontakt mit der Wärmeabschirmschicht 430 angeordnet sein. Die Hilfswärmeabschirmschicht 479 kann aus Aluminiumoxid gebildet sein. Ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter 420 und dem Innenbehälter 410 wirkt als eine Wärmeisolierschicht in Vakuum. Der Innenbehälter 410 kann ein flüssiges Kältemittel 404 enthalten.
Untere Flächen des Außenbehälters 420 und des Innenbehälters 410 können flach sein. Eine Vorpolarisationsspule 440, eine SQUID 450 und eine Aufnahmespule 470, die jeweils aus einem Supraleiter gebildet sein, können im Inneren des flüssigen Kältemittels 404 angeordnet sein. Eine Superwärmeisolierschicht 492 kann so angeordnet sein, dass sie den inneren Körperteil 414 bedeckt.
12 veranschaulicht eine Kühlvorrichtung 500 nach einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 12 kann die Kühlvorrichtung 500 einen Außenbehälter 520 und einen Innenbehälter 510 umfassen. Der Innenbehälter 510 kann im Inneren des Außenbehälters 520 angeordnet sein und einen inneren Halsteil 516 und einen inneren Körperteil 514 umfassen. Eine elektrisch leitfähige Wärmeabschirmschicht 530 kann mit dem inneren Halsteil 516 verbunden sein und so angeordnet sein, dass sie zumindest eine Seitenfläche des inneren Körperteils 514 bedeckt. Eine Hilfswärmeabschirmschicht 579 kann in einem Bereich neben einer Probe 560, die unter dem Außenbehälter 520 angeordnet ist, in Kontakt mit der Wärmeabschirmschicht 530 angeordnet sein. Die Hilfswärmeabschirmschicht 579 kann aus Aluminiumoxid gebildet sein. Ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter 520 und dem Innenbehälter 510 wirkt als eine Wärmeisolierschicht in Vakuum. Der Innenbehälter 510 kann ein flüssiges Kältemittel 504 enthalten.
Der Außenbehälter 520 kann einen äußeren vorstehenden Teil 524 und äußeren Körperteil 522 umfassen. Der Innenbehälter 510 kann einen inneren vorstehenden Teil 512 umfassen. Der innere vorstehende Teil 512 kann im Inneren des äußeren vorstehenden Teils 524 angeordnet sein. Die Hilfswärmeabschirmschicht 579 kann zwischen einer unteren Fläche des inneren vorstehenden Teils 512 und einer unteren Fläche des äußeren vorstehenden Teils 524 angeordnet sein. Eine Vorpolarisationsspule 540 und eine Aufnahmespule 570, die jeweils aus einem Supraleiter gebildet sind, können im Inneren des inneren vorstehenden Teils 512 angeordnet sein. Eine Superwärmeabschirmschicht (nicht gezeigt) kann so angeordnet sein, dass sie den inneren Körperteil 514 bedeckt.
Wie oben beschrieben kann eine rauscharme Kühlvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine rauscharme Niedermagnetfeld-MRT angewendet werden. Die rauscharme Kühlvorrichtung stellt ein integriertes System bereit, wobei eine Vorpolarisationsspule und eine SQUID im Inneren eines einzelnen Dewargefäßes angebracht sind. Durch das Einsetzen eines supraleitenden Leitungsmaterials kann die Vorpolarisationsspule das Problem einer übermäßigen Jouleschen Erwärmung überwinden. Zusätzlich kann ein konkaver Dewargefäßaufbau die Magnetisierungsstärke erhöhen und die Signalempfindlichkeit verbessern.
Eine rauscharme Kühlvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrisch nicht leitfähige Hilfswärmeabschirmschicht, um das Problem der Induktion von thermischem Rauschen zu überwinden. Als Ergebnis kann die rauscharme Kühlvorrichtung verhindern, dass thermisches Rauschen, das durch metallische Wärmeabschirmschichten verursacht wird, auf eine SQUID wirkt.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Fachleuten wird offensichtlich sein, dass verschiedenste Ersetzungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Rauscharme Kühlvorrichtung, umfassend: ein Dewargefäß, umfassend einen Außenbehälter und einen Innenbehälter, der ein flüssiges Kältemittel enthält; eine Vorpolarisationsspule, die im Inneren des Innenbehälters angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist; eine Aufnahmespule, die in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist; und eine supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID), die elektrisch mit der Aufnahmespule verbunden ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, wobei die Vorpolarisationsspule aus einem Supraleiter gebildet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter als Wärmeisolierschicht in Vakuum wirkt, wobei eine Probe durch die Vorpolarisationsspule magnetisiert wird und ein Messziel der Aufnahmespule wird, und wobei das Dewargefäß eine konkave Form mit einem vertieften Raum, in dem die Probe angeordnet ist, aufweist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außenbehälter Folgendes umfasst: einen äußeren Körperteil; und einen äußeren konkaven Teil, der die Probe so umgibt, dass die Probe in der Mitte eines Bereichs angeordnet ist, in dem die Vorpolarisationsspule angeordnet ist, und wobei der Innenbehälter Folgendes umfasst: einen inneren Halsteil, der mit dem Außenbehälter kombiniert ist; einen inneren Körperteil, der mit dem inneren Halsteil verbunden ist; und einen inneren konkaven Teil, der mit dem inneren Körperteil verbunden ist, um den äußeren konkaven Teil zu bedecken, und der um den äußeren konkaven Teil herum angeordnet ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: zumindest eine leitfähige Wärmeabschirmschicht, die mit dem inneren Halsteil kombiniert ist, um den inneren Körperteil zu bedecken.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die leitfähige Wärmeabschirmschicht Folgendes umfasst: einen plattenartigen Teil, der mit dem inneren Halsteil kombiniert ist, um den inneren Körperteil zu bedecken; und einen Streifenteil, der fortlaufend mit dem plattenartigen Teil verbunden ist, um den unteren Teil des inneren Körperteils abzudecken.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: zumindest eine Superwärmeisolierschicht, die zwischen dem inneren konkaven Teil und dem äußeren konkaven Teil angeordnet ist und den äußeren konkaven Teil bedeckt.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Superwärmeisolierschicht Folgendes umfasst: eine Filamentfaser; und ein anisotropes elektrisch leitfähiges Material, das auf der Filamentfaser angeordnet ist und einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweist, der gemäß der Welligkeit der Filamentfasern mit Unterbrechungen gebildet ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Hilfswärmeabschirmschicht, die mit der Wärmeabschirmschicht kombiniert ist und zwischen dem inneren konkaven Teil und dem äußeren konkaven Teil angeordnet ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die elektrisch nicht leitfähige Hilfswärmeabschirmschicht zumindest eines aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Bornitrid umfasst.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorpolarisationsspule so angeordnet ist, dass sie den inneren konkaven Teil abdeckt, und die gesamte Aufnahmespule oder ein Teil davon zwischen der Vorpolarisationsspule und dem inneren konkaven Teil angeordnet ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorpolarisationsspule eine oder mehrere Spulen umfasst, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, und ein Vorpolarisationsmagnetfeld, das durch die Vorpolarisationsspule erzeugt wird, in einer Richtung verläuft, die rechtwinkelig zu der Mittelachse des inneren konkaven Teils verläuft.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorpolarisationsspule eine oder mehrere Spulen umfasst, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, und ein Vorpolarisationsmagnetfeld, das durch die Vorpolarisationsspule erzeugt wird, zu dem inneren konkaven Teil achsenparallel ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorpolarisationsspule Folgendes umfasst: eine Legierungsmaterialmatrix mit einem hohen Widerstand; und mehrere dünne Supraleiterfilamente, die in die Matrix eingebettet sind.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, wobei jedes der Supraleiterfilamente zumindest eines aus NbTi, Nb₃Sn und MgB₂ umfasst.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Steckverbinder, der die Vorpolarisationsspule und eine Stromquelle elektrisch miteinander verbindet, wobei der Steckverbinder Folgendes umfasst: eine erste Verdrahtung, die aus einem Supraleiter gebildet ist, teilweise in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist und elektrisch mit der Vorpolarisationsspule verbunden ist; und eine zweite Verdrahtung, die elektrisch mit einem Ende der ersten Verdrahtung verbunden ist, welches aus dem flüssigen Kältemittel freiliegt, und die aus dem Kältemittel freiliegt, und wobei die zweite Verdrahtung ein fester Draht, ein Litzendraht oder ein Litzenwiderstandsleiter ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung, umfassend: einen Außenbehälter; einen Innenbehälter, der im Inneren des Außenbehälters angeordnet ist und einen inneren Halsteil und einen inneren Körperteil umfasst; zumindest eine leitfähige Wärmeabschirmschicht, die mit dem inneren Halsteil verbunden ist und angeordnet ist, um zumindest eine Seite des inneren Körperteils zu bedecken; eine elektrisch nicht leitfähige Hilfswärmeabschirmschicht, die in einem Bereich neben einer Probe, welche unter dem Außenbehälter angeordnet ist, in Kontakt mit der leitfähigen Wärmeabschirmschicht angeordnet ist; eine Vorpolarisationsspule, die im Inneren des Innenbehälters angeordnet ist und in ein flüssiges Kältemittel eingetaucht ist; eine Aufnahmespule, die achsenparallel mit der Vorpolarisationsspule angeordnet ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist; und eine supraleitende Quanteninterferenzeinrichtung (SQUID), die elektrisch mit der Aufnahmespule verbunden ist und in das flüssige Kältemittel eingetaucht ist, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter als Wärmeisolierschicht in Vakuum wirkt.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Außenbehälter ferner einen äußeren vorstehenden Teil umfasst, und der Innenbehälter ferner einen inneren vorstehenden Teil umfasst, wobei der innere vorstehende Teil im Inneren des äußeren vorstehenden Teils angeordnet ist, und wobei die Hilfswärmeabschirmschicht zwischen einer unteren Fläche des inneren vorstehenden Teils und einer unteren Fläche des äußeren vorstehenden Teils angeordnet ist.
Rauscharme Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Außenbehälter ferner einen äußeren konkaven Teil umfasst, und der Innenbehälter ferner einen inneren konkaven Teil umfasst, wobei der äußere konkave Teil im Inneren des inneren konkaven Teils angeordnet ist, und wobei die Hilfswärmeabschirmschicht zwischen dem äußeren konkaven Teil und dem inneren konkaven Teil angeordnet ist.