Kühlung von MRT-Magneten

Magnetresonanztomographen verwenden supraleitende Magnete, die auf 4K gekühlt werden, um hochauflösende Bilder des Gehirns, lebenswichtiger Organe oder weicher Gewebe eines Patienten zu erzeugen. Diese supraleitenden Magnete müssen gekühlt und kalt gehalten werden, was eine kryotechnische Herausforderung darstellt. Dies geschieht in der Regel mit flüssigem Helium.

Für eine erste Abkühlung wird ein supraleitender Magnet häufig mit LN2 gekühlt, um zunächst 77 K zu erreichen. Danach wird das LN2 abgepumpt und mit LHe weiter auf die erforderlichen 4 K gekühlt.

Dieser Prozess ist kompliziert und teuer, da das LN2 vollständig entfernt werden muss, während der nächste Schritt, die weitere Abkühlung von 77 K auf 4 K mit flüssigem Helium, noch weniger effizient ist. Helium ist eine wichtige Komponente in MRT-Systemen, und es hat bereits zwei potenzielle Engpässe gegeben, von denen Krankenhäuser und Patienten weltweit betroffen waren. Das Angebot an Helium ist jedoch begrenzt, und die Nachfrage ist in den letzten Jahrzehnten gestiegen.

Stirling Cryogenics hat ein alternatives Vorkühlsystem entwickelt, um das Gesamtsystem effizienter zu machen. Unter Verwendung von VJ-Rohren wird dieses System mit den Ein- und Auslässen verbunden, die mit dem LHe-Behälter verbunden sind. Das System beginnt mit der Erzeugung von Kälte, die in den Behälter geleitet wird. Beim Anfahren ist der Kreislauf noch warm, dann sinkt die Temperatur langsam, da der thermischen Masse des Magneten immer mehr Energie entzogen wird. Die Abkühlung von Umgebungstemperatur auf 20 K dauert je nach Fall 1-3 Tage.

Nach der Vorkühlung auf 20 K wird das System abgekoppelt und der Magnet wie üblich direkt an die LHe-Versorgung angeschlossen. Der Vorteil besteht darin, dass die Vorkühlung mit Helium erfolgt und somit kein Reinigungsschritt erforderlich ist. Da der größte Teil der Energie der thermischen Masse bereits bei 20 K abgeführt wird, verbraucht der Rest nur eine begrenzte Menge LHe.

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