DE19835401A1 - Supraleitende Magnete - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Gestaltungen für kompakte, starke Felder erzeugende, supraleitende Magnete für die Verwendung bei der Magnetresonanz- Spektroskopie und der Magnetresonanz-Mikroskopie oder bei der Abbildung von kleinen Strukturen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Magnetsysteme gerichtet, die eine homogene Magnetfeldkomponente in einem Volumenbereich erzeugen und bei denen die Länge des Magnetsystems aufgrund der Gestaltungsvorgaben beschränkt ist. Ferner ist das außerhalb des kompakten Magneten vorhandene Feld aufgrund von Abschirmwicklun­ gen, die in der Magnetkonstruktion enthalten sind, gering.

Die Magnetresonanz-Mikroskopie (MRM) ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erfor­ schung von Strukturen und molekulardynamischen Erscheinungen im mikroskopischen Maßstab. Auch wenn die Auflösung der Magnetresonanz-Mikroskopie im Vergleich mit anderen Geräten, wie etwa einem Elektronenmikroskop, schlecht ist, besitzt die Magnetre­ sonanz-Mikroskopie den Vorteil, daß sie nicht zerstörend ist und daß sie die Fähigkeit zeigt, nicht nur den inhärenten Aufbau eines Systems, sondern auch dessen dynamische Er­ scheinungen untersuchen zu können. Die Magnetresonanz-Mikroskopie ist im Grundsatz eine mit Magnetresonanz arbeitende Bildgabe (MR-Bildgabe) in einem kleineren Maßstab, wobei das System derart umstrukturiert ist, daß es Bilder mit hoher Auflösung bereitstellt. Die hauptsächliche Anforderung bei der Durchführung einer Magnetresonanz-Mikroskopie anstelle einer Magnetresonanz-Bildgabe besteht in der Notwendigkeit, eine starke Erhö­ hung des Signal-Stör-Verhältnisses (Störabstand) zu erreichen. Damit beispielsweise von einer typischen isotropen Auflösung von 1 mm³ der Magnetresonanz-Bildgabe auf eine Auflösung (Maßstabsauflösung) von 5 µm³ bei der Magnetresonanz-Mikroskopie überge­ gangen werden kann, ist eine Verbesserung des Signal-Stör-Verhältnisses je Voxel (Volu­ menelement) von 8 × 10⁶ erforderlich. Das Signal-Stör-Verhältnis ist allerdings nicht der einzige, zu der Auflösung bei der Magnetresonanz-Mikroskopie beitragende Faktor, da auch Eigenschaften wie etwa die molekulare Diffusion, das Relaxationsverhalten und die durch Proben hervorgerufenen Störungen der Suszeptibilitäts- bzw. Erfassungsgrenzen die äußersten Auflösungsgrenzen beeinflussen.

Die zur Erzielung von Verbesserungen des Signal-Stör-Verhältnisses normalerweise einge­ setzte Methode besteht darin, die Größe der Probe und der zugehörigen Hardware-Kon­ struktionen, speziell der Hochfrequenzsonden (Radiofrequenz-Sonden) und der Gradienten­ sätze, zu verringern und die statische Feldstärke beim Betrieb zu erhöhen. Wenn kleine Ausführungsformen der Hochfrequenzspulen eingesetzt werden, dominiert die Resonanzim­ pedanz der Spule normalerweise gegenüber der Probenimpedanz, und es ist das Signal- Stör-Verhältnis ungefähr proportional zu B₀ ^7/4, wobei B₀ die statische Flußdichte, ausge­ drückt in Tesla, bezeichnet. Hierdurch ergibt sich die Anforderung, die Magnetresonanz- Mikroskopie in starken Magnetfeldern auszuführen, wobei typischerweise bei der moder­ nen Magnetresonanz-Mikroskopie 7 Tesla (Präzessionsfrequenz der Protonen von 300 MHz) oder mehr eingesetzt werden.

Der Betrieb bei hohen Feldstärken ist auch von großem Vorteil bei der Kernspinresonanz- Spektroskopie (NMR-Spektroskopie), was wiederum auf die Erhöhung des Signal-Stör- Verhältnisses, aber auch auf die erhöhte Dispersion bzw. Streuung der chemischen Ver­ schiebung zurückzuführen ist. Der Einsatz von starke Magnetfelder erzeugenden Systemen für die Untersuchung von molekularen Strukturen ist bereits seit einiger Zeit vor der Mag­ netresonanz-Mikroskopie bekannt. Alle bekannten Magnetresonanz-Mikroskopie-Systeme arbeiten mit Magneten, die für die Ermittlung von molekularen Strukturen ausgelegt sind, wobei diese Magnete üblicherweise im Vergleich mit ihrer Bohrungsgröße, d. h. ihrem Durchmesser sehr lang sind, so daß die in der Untersuchung befindliche Probe nur schlecht zugänglich ist. Diese begrenzte Zugänglichkeit ist ein erheblicher Nachteil bei vie­ len Einsätzen der Magnetresonanz-Mikroskopie. Bei der Kernspinresonanz eingesetzte Magnete, die für starke Felder bereitstellende Einsätze vorgesehen sind, bestehen üblicher­ weise aus einem Satz aus koaxialen, solenoidförmigen (magnetspulenförmigen) Spulen, die mit zwei oder mehr externen "Korrektur"-Spulen in der bereits vor einiger Zeit von Gar­ rett beschriebenen Weise verschaltet sind (M.W. Garrett, Journal of Applied Physics, 22, 1091(1951); M.W. Garrett, Journal of Applied Physics, 38, 2563 (1967)). Diese Ausge­ staltungen bilden die Grundlage selbst der modernsten Spulengestaltungen (siehe T. Kami­ kadoetal., IEEE, Trans. Magn. 30, 2214 (1994); S.-T. Wang, etal., IEEE Trans. Magn. 30, 2340 (1994)). Die in diesen Veröffentlichungen vorgestellten Magnetgestaltungen sind im Vergleich mit ihrer Bohrungsgröße, d. h. ihrem Durchmesser, üblicherweise sehr lang, so daß die in der Untersuchung befindliche Probe nur schlecht zugänglich ist (üblicherwei­ se liegt das Verhältnis zwischen der gesamten Spulenlänge und dem Durchmesser des sen­ sitiven Volumens bei 20 oder dergleichen). Diese beschränkte Zugänglichkeit kann ein er­ heblicher Nachteil bei vielen Einsätzen sein. Eine als repräsentatives Beispiel dienende Ausgestaltung ist in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt, wobei jeder Querschnitt viele Tausend Windungen eines supraleitenden Drahts enthält. Die Anforderungen an diese Ausgestaltung bestehen darin, daß sie in einem sensitiven Volumen bzw. Untersuchungsvolumen in des­ sen Durchmesserrichtung (DSV = diameter-sensitive-volume) "homogen" ist, in dem die Leiter im Hinblick auf ihre kritische Strombelastbarkeit und das kritische Feld, in dem sie angeordnet sind, mit angemessenem Sicherheitsfaktor betrieben werden. Aus Gründen der Einfachheit sind in der vorliegenden Offenbarung lediglich der Spulenaufbau, nicht aber die zusätzlichen kryogenen Konstruktionen, detailliert behandelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Magnetgestaltungen für eine mit starkem Feld und hoher Auflösung durchführbare Spektroskopie und Bildgabe bereitzustel­ len, die im Vergleich mit herkömmlichen Gestaltungen verringerte Länge besitzen und dennoch ausreichend homogene Felder in einem zentralen Volumenbereich erzeugen, wo­ bei zugleich nur ein kleiner Anteil des Felds zu dem Bereich außerhalb des Magneten heraustreten kann.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Allgemein gesprochen, enthält der Magnet zwei oder vorzugsweise drei Spulengruppen. Die erste Gruppe besteht aus einer oder mehreren internen Korrekturspulen, die den inne­ ren Teil eines Hauptabschnitts des Magneten bilden. Diese Korrekturspule oder Korrektur­ spulen weisen Windungen auf, die entgegengesetzt zu dem Hauptteil der Windungen in den anderen Spulen in dem primären Magnet (Spule bzw. Spulen 10 in den Fig. 1 und 3 bis 5) verlaufen und die konventionsgemäß derart ausgelegt sind, daß sie eine überwiegend ne­ gative Stromdichte besitzen. Die zweite Gruppe besteht aus einer Mehrzahl von Spulen, die auf einem erheblich größeren Radius als die erste Gruppe angeordnet sind, wobei der Hauptteil der Windungen derart gewickelt ist, daß sie eine positive Stromdichte besitzen, die sehr viel größer ist als diejenige der internen Korrekturspule oder Korrekturspulen (Spulen 12 in den Fig. 1, 3, 4 und 5). Die zweite Gruppe bildet den äußeren Teil des Hauptabschnitts des Magneten. Die dritte Spulengruppe ist mit einem Radius gewickelt, der größer ist als derjenige der Spulen der zweiten Gruppe, und umfaßt eine oder mehrere Spulen. Wenn diese Gruppe aus mehr als einer Spule besteht, weist der größte Teil der Spulen in dieser Gruppe eine negative Stromdichte auf; diese Gruppe wirkt als ein Ab­ schirmabschnitt, der zur Verringerung des Streufelds des Magneten dient (Spule 14 gemäß den Fig. 1, 3, 4 und 5).

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Gruppe mit drei Spulen dargestellt. Die Spulen der Gruppe 1 wirken derart, daß die Gesamtlänge des Magneten verringert werden kann, wobei aber ein homogenes Feld in der zentralen Region aufrecht erhalten wird. Vor­ zugsweise sind alle Spulen bei jeglicher Einzelmagnetkonfiguration in Reihe geschaltet, so daß sie alle den gleichen Transportstrom führen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Magnetspulengestal­ tung, die eine Spule 10 in einer ersten Gruppe, drei Spulen 12 in einer zweiten Gruppe und eine Spule 14 in einer dritten Gruppe umfaßt,

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines typischen, ein starkes Feld erzeugenden Magnetsystems gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform eines Magnetspulenaufbaus, der gleichartig ist wie der in Fig. 1 gezeigte Magnetspulenaufbau, mit der Aus­ nahme, daß die erste, die Spulen 10 enthaltende Spulengruppe aus vier Spulen besteht,

Fig. 4 zeigt eine ausgeschnittene, perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform eines Magnetspulenaufbaus, der ähnlich ist wie der in Fig. 1 gezeigte Magnetspulenaufbau, mit der Ausnah­ me, daß die dritte, die Spulen 14 enthaltende Spulengruppe aus drei Spulen be­ steht, und

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetspulenaufbaus.

Da es eine große Anzahl von Entwurfsvariablen bei einem solchen Magnetsystem gibt, ist es notwendig, eine Optimierungsroutine für diese Systeme zu entwickeln. Nachstehend wird eine kurze Erläuterung der grundlegenden Methoden vorgestellt.

Bei der Magnetresonanz (MR) kann die üblicherweise interessierende Feldkomponente durch den Laplace-Operator beschrieben werden:

Δ2B_z = 0.

Dieser Laplace-Operator kann hinsichtlich der Kugelfunktionen in üblicher Weise über eine Kugel mit dem Radius r hinweg wie folgt erweitert werden:

B_z = rⁿ(a_nmcos mΦ + b_nmsin mΦ) P_nm(cos Φ).

Hierbei bezeichnen a_nm und b_nm die Amplituden der Harmonischen, und es bezeichnet P_nm(cos Φ) die zugehörigen Legendreschen Polynome mit der Ordnung n und dem Grad m. Im Fall von Systemen, die eine vollständige zylindrische Symmetrie besitzen, wie es bei den hier beschriebenen Gestaltungen der Phase ist, müssen lediglich die zonalen Kugel­ funktionen (m = 0) bei dem Entwurfsprozeß berücksichtigt werden. Damit davon ausge­ gangen werden kann, daß der Magnet über sein DSV-Volumen (Durchmesser-empfindli­ ches Volumen bzw. Untersuchungsvolumen) hinweg homogen ist, sollte die Summe aller zonalen Kugelfunktionen kleiner als ein vorgegebener Anteil der Harmonischen nullter Ordnung, d. h. des Felds B_z sein, das üblicherweise auf dem Gebiet der Kernspinresonanz als das Feld B₀ bezeichnet wird. Die interessierenden harmonischen Terme sind ferner auf zonale Terme geradzahliger Ordnung beschränkt, da die Verteilung der Stromdichte in die­ sen Magneten gleichförmig und achsensymmetrisch ist. Bei einer theoretischen Auslegung sollten die Anforderungen an die Homogenität kleiner sein als 5 ppm (Teile je Million).

Bei Systemen für die Magnetresonanz-Bildgabe ist eine Anforderung an die Homogenität des bloßen Magneten von 20 ppm oder weniger über das Untersuchungsvolumen (DSV- Volumen) hinweg üblich.

Es ist weiterhin wichtig, daß die räumliche Verteilung der Feldinhomogenität in dem Feld nach der Herstellung durch die Terme niedriger Ordnung charakterisiert wird, so daß sie durch passive oder aktive (supraleitende) Trimmung beseitigt werden können, d. h. durch einen Vorgang, bei dem die Reinheit des Felds durch die Verwendung von zusätzlichen (Trimm-) Spulen verbessert wird. Bei dem theoretischen Auslegungsprozeß muß daher be­ sonderer Nachdruck auf die Verringerung der Terme höherer Ordnung gelegt werden. Das Problem besteht dann darin, einen Spulenaufbau zu schaffen, durch den die Anforderungen an die Oberwellenreinheit erfüllt werden, wobei die Gesamtlänge des Magneten beschränkt wird. Darüberhinaus muß der Spulenaufbau so festgelegt werden, daß das Feld außerhalb des Magneten verringert wird.

Die "Simulated Annealing"-Methode (Methode mit simulierten Glühen; SA-Methode) (S. Kirkpatrick, D. C. Gelatt and M. P Vechhi, Science 220, 671 (1983)) stellt eine effektive Methode zur Optimierung im großen Maßstab dar und kann bei dem Entwurf von starke Felder erzeugende Magneten eingesetzt werden. Bei Auferlegung von Längenbeschränkun­ gen versucht die "Simulated Annealing"-Methode effektiv, die "best"-mögliche Lösung innerhalb dieser Grenzen zu finden. Hierbei bezieht sich der Ausdruck "best" auf die Mi­ nimierung einer Fehlerfunktion, die in diesem Fall Ausdrücke enthält, die die Homogenität im sensitiven Volumen (Untersuchungsvolumen) und dem Streufeld außerhalb des Magne­ ten repräsentieren. Es ist möglich, je nach Anforderungen des Gestalters andere Terme in die Funktion aufzunehmen. Die Fehlerfunktion für die hier vorgestellten Gestaltungen ist einfach die folgende:

Hierbei stellen k_a und k_b die Gewichtsfaktoren für die Homogenitäts- bzw. Abschirmterme dar, wohingegen k_n die Gewichtsfaktoren für die zonalen Kugelfunktionen repräsentiert und A_2n die Amplituden der zonalen Kugelfunktionen geradzahliger Ordnung von B_z bezeich­ net. Die beiden Summenbildungen der Abschirm-Terme stellen die Modul-Feld-Additionen in Längsrichtung bzw. in vertikaler Richtung bei den gewählten Abschirmabständen dar, und es werden für jede Iteration 10 Punkte je Richtung aufsummiert (d. h. l = 10).

Der Homogenitäts-Term ist am schwierigsten zu minimieren und kann daher im Vergleich zu dem Abschirm-Term mit 5 : 1 gewichtet werden. Die zonalen Kugelfunktionen gerad­ zahliger Ordnung können 1 : 10 : 100 : 1000 : 5000 : 8000 : 10.000 : 12.000 : 15.000 bis hoch zu der 18. Ordnung gewichtet werden.

Die Parameter für die Störungen bei dem Auslegungsprozeß für jede Iteration sind die axia­ len und radialen Abmessungen jeder Spule, die Anzahl von Windungen je Spule und die radiale und die axiale Position jeder Spule. Damit ausreichend große Freiheitsgrade bei die­ sen Beschränkungsproblemen bereitgestellt werden konnten, begann die Auslegung mit ei­ ner relativ großen Anzahl von Spulen (10) und ermöglichte es der "Simulated Annealing"- Methode, die Spulen anders zu verteilen. Es wurde eine adaptive Schrittbemessung bzw. Schrittgrößenfestlegung (A. Corona, M. Marchesi, C. Martini und S. Ridella, ACM Trans. Math. Soft. 13, 262 (1987)) implementiert, und es wurden anfängliche Schrittgrö­ ßen und Temperaturen ausgewählt, indem jede Spule vor der Durchführung des "Simulated Annealing"-Verfahrens hinsichtlich ihrer parametrischen bzw. parametermäßigen Emp­ findlichkeit getestet wurde.

Tabelle 1

Homogenität des kompakten, abgeschirmten Magneten

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde der Prozeß dazu benutzt, ein Magnetsystem für 7 Tesla mit einem inneren Spulenradius zu entwerfen, der auf 55 mm beschränkt ist, so daß der freie Bohrungsdurchmesser bzw. freie Innendurchmesser sich dem Wert von 89 mm annähern kann (eine standardmäßige Zahl bei kommerziellen Geräten). Die Erfindung ist nicht auf die präzise Form oder die Abmessungen beschränkt, die bei diesem Ausführungs­ beispiel offenbart sind. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des resultierenden, kompakten Designs im Querschnitt dargestellt. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der optimierten Struktur, wobei die Bohrung bzw. Öffnung der resultierenden Gestaltung entweder in vertikaler oder in horizontaler Richtung orientiert sein kann, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind alle Spulen der­ art ausgelegt, daß sie elliptische Querschnittsflächen anstelle von kreisförmigen Querschnit­ ten, die in den Zeichnungen dargestellt sind, haben.

Das Verhalten bzw. Leistungsvermögen des Magneten ist in Tabelle 1 detailliert darge­ stellt, wobei die hohe Homogenität und die kleinen Streufelder des Magneten ersichtlich sind. Die gesamte Lange der Magnetspulen in Richtung der Achse Z beträgt 200 mm, was zu einem Verhältnis zwischen der Spulenlänge und dem Durchmesser der homogenen Re­ gion von 5,7 führt, was die Kompaktheit des Systems anzeigt. Die Harmonischen des Felds wurden bis zu der 18. Ordnung berechnet, und es wurden der Wert "Spitze zu Spit­ ze" und die Abweichungen des Effektivwerts des Felds für 800 Punkte auf der Oberfläche des DSV-Volumens (Untersuchungsvolumens) in 20 Ebenen berechnet, wobei die Vertei­ lung dieser Ebenen so gewählt wurde, daß sie den Nullstellen bzw. Nullwerten des Legen­ dreschen Polynoms 20. Ordnung entsprachen, so daß eine Gauss'sche Integration leicht rea­ lisiert werden kann, und daß sichergestellt wurde, daß die Nyquist-Abtastkriterien für die Oberwellenanalysen der Harmonischen 18. Ordnung erfüllt sind. Hierbei ist anzumerken, daß die Homogenitätszahlen reine (bloße) Homogenitätswerte darstellen, d. h. es waren kei­ ne zusätzlichen, supraleitenden oder bei Raumtemperatur befindlichen Spulen zur weiteren Verbesserung der Feldreinheit hinzugefügt.

Fig. 6 zeigt eine ausgeschnittene Ansicht einer Magnetspulenkonfiguration mit einer als Couplet bzw. Paar ausgebildeten Magnetspule. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ab­ schirmabschnitt 14, der bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, weggelassen. Die Spule 20 ist in entgegengesetzter Richtung zu der für die Spulen 21 vor­ gesehenen Wicklungsrichtung gewickelt. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind zusätzliche Spulen 22 und 23 zwischen den benachbarten Spulen 21 vorhanden. In der Tabelle 3 sind die charakteristischen Leistungswerte für die in Fig. 6 dargestellte Magnetspule aufgelistet.

Tabelle 3

In der nachstehenden Tabelle 4 sind Einzelheiten von Magnetspulenauslegungen darge­ stellt, wobei t_d die Wicklungsdichte in jeder Spule bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel bezeichnet.

Tabelle 4

Die Harmonischen des Felds wurden bis zu der 18. Ordnung berechnet, und es wurden der Wert "Spitze zu Spitze" und die Abweichungen des Effektivwerts des Felds für 800 Punkte auf der Oberfläche des DSV-Volumens (Untersuchungsvolumens) in 20 Ebenen berechnet, wobei die Verteilung dieser Ebenen so gewählt wurde, daß sie den Nullstellen bzw. Null­ werten des Legendreschen Polynoms 20. Ordnung entsprachen, so daß die Gauss'sche Integration einfach durchgeführt werden konnte, und daß sichergestellt wurde, daß die Ny­ quist-Abtastkriterien für die Oberwellenanalysen der Harmonischen 18. Ordnung erfüllt waren. Es wurde die Genauigkeit dieser Feld- und Harmonischen-Berechnungen mit Hilfe eines Vergleichs mit im Handel erhältlicher Software-Programme für Elektromagnetismus (Vector Fields, Oxford) überprüft und bestätigt; die Ergebnisse lagen jeweils wechselseitig in einem Bereich von 0,01%. Es ist anzumerken, daß die Homogenitätszahlenwerte Werte für die bloße Homogenität darstellen, d. h. es waren keine zusätzlichen, supraleitenden oder bei Raumtemperatur befindlichen Spulen zur weiteren Verbesserung der Reinheit des Felds hinzugefügt. Bei einer Hinzufügung derartiger Trimmungen ist der in den Tabellen 3 und 4 beschriebene Magnet auch für chemische Einsätze, ebenso wie für die Magnetresonanz- Mikroskopie, geeignet.

Eine wichtige Überlegung bei supraleitenden Magneten besteht darin, sicherzustellen, daß die Leiter innerhalb akzeptabler Grenzwerte für die Stromdichte und die Feldstärken des eingetauchten Felds betrieben werden. Es wurde berechnet, daß das maximale Feld in je­ dem Leiter gleich 12,1 T ist. Wenn ein Leiter aus Nb₃Sn eingesetzt wird, der eine Wick­ lungsdichte bzw. Windungsdichte von 0,444 mm^-2 (s. Tabelle 4) besitzt, liegt das Füllver­ hältnis zwischen Supraleiter und Matrix ungefähr bei 0,6, so daß sich eine recht vernünfti­ ge Betriebssicherheitsgrenze ergibt. Auch wenn Nb₃Sn ein teurerer Leiter ist als NbTi, be­ deuten seine Fähigkeit, eine höhere Stromdichte führen zu können, und sein kompakter Aufbau, daß eine relativ kleine Leitermenge, verglichen mit herkömmlichen Gestaltungen, benötigt wird.

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind Einzelheiten der Ausgestaltungen von Magnetspulen dargestellt, wobei t_d die Wicklungs- bzw. Windungsdichte in jeder Spule bei den in den Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen bezeichnet.

Tabelle 2

Auslegungen der Magnetspulen

Hierbei bezeichnet "Zed" die longitudinale Position der Mitte jeder Spule, wohingegen "Breite" die axiale Ausdehnung jeder Spule angibt und t_d die Windungs- bzw. Wicklungs­ dichte bezeichnet.

Es ist somit ein kompakter Magnet offenbart, der für starke Felder erzeugende, supralei­ tende Magnete für den Einsatz bei der Magnetresonanz-Spektroskopie geeignet ist. Der Magnet weist mindestens eine erste und eine zweite Spulengruppe auf, wobei die oder jede Spule in der ersten Gruppe so gewickelt ist, daß sie eine negative Stromdichte im Ver­ gleich zu den anderen Spulen bereitstellt. Die erste Gruppe bewirkt, daß die Gesamtlänge des Magnet verkürzt werden kann, wobei zugleich aber ein homogenes Feld in der zentra­ len Region des Magneten aufrecht erhalten bleibt.

Claims (9)

1. Magnet für den Einsatz bei der Magnetresonanz-Spektroskopie, mit einem Hauptabschnitt, der mindestens eine erste Spule (10), die einen inneren Teil des Hauptab­ schnitts des Magneten bildet, und mindestens eine Gruppe zweiter Spulen (12) umfaßt, die einen größeren Radius als die mindestens eine erste Spule (10) aufweisen, wobei die Spu­ len (10, 12) derart gewickelt sind, daß die mindestens eine erste Spule (10) eine Stromdichte besitzt, die entgegengesetzt zu derjenigen der Gruppe zweiter Spulen (12) ist, die ihrerseits eine Stromdichte aufweisen, die sehr viel größer ist als die Stromdichte der mindestens einen ersten Spule (10).

2. Magnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine erste Spule (10) einen Teil einer Gruppe bildet, die zwei oder mehr Spulen (10) enthält.

3. Magnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule (10), oder mindestens eine der ersten Spulen, eine interne Korrekturspule darstellt.

4. Magnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle in der die ersten Spulen enthaltenen Gruppe vorhandenen Spulen (10) interne Korrekturspulen sind.

5. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine dritte Spule (14), die mit einem größeren Radius als die mindestens eine erste Spule (10) und die zweiten Spulen (12) gewickelt ist und als ein Abschirmabschnitt zur Verringerung von Streufeldern dient, wobei die mindestens eine dritte Spule (14) derart gewickelt ist, daß sie eine Stromdichte besitzt, die entgegengesetzt ist zu derjenigen der zweiten Spulen (12).

6. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen einer Gruppe in Reihe geschaltet sind.

7. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Magnetfeldstärke von ungefähr 7 Tesla besitzt und daß der Radius der innersten Spule ungefähr 55 mm beträgt, wobei der freie Bohrungsdurchmesser bzw. Innendurchmesser bei ungefähr 89 mm liegt.

8. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweiten Spulen (12) enthaltende Gruppe drei zweite Spulen (12) umfaßt.

9. Magnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spulen einen elliptischen Querschnitt besitzen.