Mal eine generelle Frage. Wie bekommt man initial das Magnetfeld in einer Supraleitenden Spule bei Kernspintomographen aufgebaut? Es geht mir da prinzipiell um die Idee zur Schaltung.
Theo W. schrieb: > Mal eine generelle Frage. Wie bekommt man initial das Magnetfeld > in einer Supraleitenden Spule bei Kernspintomographen aufgebaut? Es geht > mir da prinzipiell um die Idee zur Schaltung. Also ich habe keine Ahnung aber ich hätte jetzt mal vermutet durch Induktion, mit einer den Spulen Parametern angepassten Frequenz, welche dann abrupt ausgeschaltet wird so das es von alleine weiterläuft.
Quark, male mal ein Schaltbild dann siehst Du deinen Fehler. Es geht völlig anders als du denkst!
Der Strom für die Vormagnetisierung der Solenoidspule wird durch ein externes Hochstromnetzteil eingeprägt. Hierfür darf natürlich noch nicht der supraleitende Stromkreis geschlossen sein. Allerdings reicht es hierfür völlig aus, ein kleines Stück Supraleiter zwischen den Anschlüssen für das Netzteil durch einen Heizwiderstand normalleitend zu halten. Schaltet man die Heizung ab, wird auch dieses Stück supraleitend, so dass man dann das externe Netzteil abklemmen kann. http://mriquestions.com/how-to-ramp.html https://patents.google.com/patent/US20130012392A1/en
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Wenn der Kurzschluss im geheizten supraleiterstueck nicht mehr ganz so kurz ist, legt man eine Spannung an. Diese Spannung nimmt mit dem Strom ab. Angefangen wird mit zB 500mV, und sinkt dann gegen den Nennstrom auf 20mV ab. Je nach Wickelgeometrie hast du eine Induktivität von vielleicht 1000 Henry und der Strom liegt dann zB bei 80A. Ja, das Aufladen kann einen ganzen Tag dauern. Derweil hat man ein Diodenpaar Parallel. Falls denn dein Netzgerät, oder das Netz ausfallen sollte. Dieses begrenzt die anliegende Spannung auf die Diodenspannung.
Hochinteressant wer hätte gedacht dass es so funktioniert. Ein unglaublicher Spannungsteiler zwischen Milliohm und gar kein Widerstand? Welcher beim Abkühlen dann einfach komplett verschwindet.
Bei jedem MRT mit supraleitender Spule gibt es einen Notschalter, der das sog. Quenching auslöst. Hierbei wird das Magnetfeld schnellstmöglich abgebaut. Dies erfolgt durch Bestromen des zuvor erwähnte Heizwiderstandes. Sobald an dem aufgewärmten Leiterstück ein nennenswerter Spannungsabfall auftritt, verselbständigt sich die Angelegenheit, d.h. es heizt sich weiter auf, so dass sich der normalleitende Teil entlang der eigentlichen Spule ausbreitet. Durch die hierbei freigesetzte Wärme kocht dann plötzlich das gesamte flüssige Helium auf. Der Druckanstieg führt zu einem Bruch eines Überdruckventils, so dass dann das Helium durch einen nur für diesen Zweck vorgesehenen Kamin entweichen kann. Es gibt bei Youtube zahlreiche Videos, die dieses Quenching zeigen, üblicherweise aber im Rahmen der Verschrottung eines MRT und nicht bei einem Notfall. https://www.youtube.com/watch?v=DaVpQ-KizsI https://www.youtube.com/watch?v=9SOUJP5dFEg https://www.youtube.com/watch?v=4dbQxyrhZ2A
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Da muss wohl eine enorme Energiemenge in Form eines Magnetfeldes in der Spule gespeichert sein. Ein Stromkreis mit der Spannung null? Wo 80 Ampere fließen, und die Spule hat 1000Henry. Also fließen die 80A ca 1000 Sekunden lang weiter, wenn man es stoppen will. Das ist schon ein krasser Kurzschlussstrom.
Falls nicht speziell darauf ausgelegt, kann ein supraleitender Magnet beim quenchen zerstört werden. Dies wegen lokalen Hospots. Die Waermekapazitaet des Heliums und des Kupfers muessen die gewaltige Energiemenge als Waerme absorbieren. Die Buffertemperatur ist hier 4K. Heisst erst blubbert das Helium ab, dann erst waermt sich das Ganze auf. Besser waere die Energie ueber einen Widerstand abzulassen.
Ich glaube ich habe einen Denkfehler bei meiner Rechnung. Der Strom von 80A würde ja nur dann 1000 Sekunden weiter fließen, wenn an der Spule 80Volt abfallen würden. Aber der Widerstand wird ja langsam ansteigen. Und dementsprechend auch der Spannungsabfall. Also kann man ja eigentlich sagen, dass das Ding erst dann aufhört wenn es 80A*80V = 6,4 KW Leistung 1000 Sekunden lang verheizt hat. Aber das wird ja viel länger wie 1000 Sekunden dauern, weil der Stromfluss ja niemals über 80 Ampere sein wird, sondern ganz langsam fallend weniger. Und die Spule hat ja sicher nicht so hohe Widerstände das da 80 Volt abfallen.
Woher hast du die 80V ? Du hast nie eine so hohe Spannung am Supraleiter. Die Draehte sind Kupferdraehte, mit Supraleiter Filamenten in der Mitte. Das sind hunderte Supraleiterfasern in einer Kupfermatrix. Kein Lackdraht. Dh sobald die Filmente nicht mehr supraleiten hast du alle Windungen per satten Kupferwindungen "lang"-geschlossen. Es gibt auch keine Isolation zwischen den Filamenten und dem Kupfer. Dh die 500mV beim Laden liegen an einem fast soliden Kupferklotz, der wuerde den Strom im Bulk leiten, wenn nicht der Supraleiter besser leiten wuerde.
Pandur S. schrieb: > Woher hast du die 80V ? Du hast nie eine so hohe Spannung am > Supraleiter. Die Draehte sind Kupferdraehte, mit Supraleiter Filamenten > in der Mitte. Das sind hunderte Supraleiterfasern in einer Kupfermatrix. > Kein Lackdraht. Dh sobald die Filmente nicht mehr supraleiten hast du > alle Windungen per satten Kupferwindungen "lang"-geschlossen. Es gibt > auch keine Isolation zwischen den Filamenten und dem Kupfer. Dh die > 500mV beim Laden liegen an einem fast soliden Kupferklotz, der wuerde > den Strom im Bulk leiten, wenn nicht der Supraleiter besser leiten > wuerde. Naja die 80 Volt sind nur ein Beispiel für die Energiemenge in der Spule. Klar die werden dann niemals irgendwo abfallen können wenn nicht entsprechende Widerstände vorhanden sind. Wenn weniger Spannungsabfall in der Spule ist dauert es halt wesentlich länger bis das Magnetfeld abgebaut ist wie 1000 Sekunden. Na ja die 6,4 kW sind eigentlich falsch weil der Strom von 80A ja nicht bis zum Ende fließt sondern kontinuierlich weniger wird. Wenn es erstmal einen Widerstand hat, wird auf jeden Fall Energie verheizt, und die Spule wird wärmer bekommt einen höheren Widerstand, und verheizt dann noch mehr Energie.
Die Energiemenge ist (L*I^2)/2. Im Falle eines Quentsches ist der Entladestom viel hoeher wie der Nennstrom. Denn du hat ja Windungskurzschluesse. Und diese Addieren sich alle auf.
Pandur S. schrieb: > Die Energiemenge ist (L*I^2)/2. Im Falle eines Quentsches ist der > Entladestom viel hoeher wie der Nennstrom. Denn du hat ja > Windungskurzschluesse. Und diese Addieren sich alle auf. Okay das wiederum verstehe ich nicht so ganz, ist der Strom nicht nicht immer an allen Punkten des Stromkreises gleich? Und verhindert nicht die Induktivität das sich der Stromfluss ändern kann, wenn nicht irgendwo eine größere Spannung abfallen kann?
Die im Magnetfeld einer Spule gespeicherte Energiemenge beträgt W = 1/2 L I² Bei 1000 H (wirklich so viel?) und 80 A sind also ingesamt 3,2 MJ bzw. 0,89 kWh gespeichert. Die Verdampfungsenthalpie von Helium beträgt 0,0211 kJ/g, d.h. mit der Energie können rund 151 kg Helium verdampft werden. Bei Normalbedingungen entspricht dies knapp 850 m³ Heliumgas! Und da das noch kalte verdampfte Helium sich mit der Umgebungsluft vermischt und dabei schnell auf Umgebungstemperatur kommt, ist dieser Wert durchaus realistisch.
DANIEL D. schrieb: > Okay das wiederum verstehe ich nicht so ganz, ist der Strom nicht nicht > immer an allen Punkten des Stromkreises gleich? Und verhindert nicht die > Induktivität das sich der Stromfluss ändern kann, wenn nicht irgendwo > eine größere Spannung abfallen kann? Im kaltem Zustand ist der supraleitende Kern dem normalleitenden Kupfermantel parallelgeschaltet und trägt daher den gesamten Strom. Sobald das ganze auftaut, kehrt sich das ganze um, weil das Kupfer besser leitet als der Kern. Auf Grund der dicht gewickelten Spule werden offenbar die einzelnen Windungen kurzgeschlossen.
Können kann man so 40kW (Puls). Ich hatte zwei von den RF-Teilen als Vorverstärker, aber real will man den Patienten nicht grillen.
Pandur S. schrieb: > Ich denke die Gradientenspulen haben mehr Leistung. Die Gradientenspulen haben aber nichts mit der RF-Leistung zu tun.
Interessant ist das Patienten von Wärme und Hitzegefühl nach der MRT Untersuchung sprechen, auch das ihnen hinterher komisch und schwindelig ist.
Hi, Holger schrieb: > Interessant ist das Patienten von Wärme und Hitzegefühl nach der MRT > Untersuchung sprechen, auch das ihnen hinterher komisch und schwindelig > ist. Klingt nach den üblichen, und in dieser Erscheinung hsrmlosen, Auswirkungen von dem Kontrastmittel... Denn solches wird bei MRT Untersuchungen nicht selten eingesetzt. (Und wie im letzten Jahr bekannt wurde von einem TEIL der Praxen auch viel zu oft, also in Fällen wo es gar nicht nötig war, weil sich mit hinreichend asozialer bis krimineller Energie da massive Zusatzgewinne realisieren liessen. Nur ist das Kontrastmittel, anders als die MRT Aufnahme selbst, durchaus nicht völlig harmlos.Bei einigen Patienten tritt nämlich sehr viel mehr an Nebenwirkungen auf als einige wenige Minuten Hitzegefühl und Schwindel) Und selbst wenn ohne Kontrastmittel gearbeitet wird: Wenn man da so 20min absolut reglos in einer engen und beim Betrieb lauten röhre liegen muss kann einem hinterher schon etwas komisch sein... Je älter das Gerät um so enger und lauter... Gruß Carsten
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Andreas S. schrieb: > Pandur S. schrieb: >> Ich denke die Gradientenspulen haben mehr Leistung. > > Die Gradientenspulen haben aber nichts mit der RF-Leistung zu tun. Was Du denkst ist völlig unmaßgeblich denn Du schreibst was du in der Glaskugel zu sehen meinst!
Andreas S. schrieb: > Pandur S. schrieb: >> Ich denke die Gradientenspulen haben mehr Leistung. > > Die Gradientenspulen haben aber nichts mit der RF-Leistung zu tun. Was Du denkst ist völlig unmaßgeblich denn Du schreibst was du in der Glaskugel zu sehen meinst! Gutgemeinter Tipp von mir, lese mal im Wiki wie ein MRT funktioniert!
Hoppla jetzt komm i schrieb: > Was Du denkst ist völlig unmaßgeblich denn Du schreibst was du in der > Glaskugel zu sehen meinst! Ich schreibe das, was meiner mehrjährigen Beschäftigung mit der Thematik entspricht. > Gutgemeinter Tipp von mir, lese mal im Wiki wie ein MRT funktioniert! Der Wikipedia-Artikel lässt sich überhaupt nicht über die Art der Hochfrequenzeinkopplung und -auskopplung aus. Dafür empfehle ich lieber das Studium entsprechender Primärliteratur bzw. Vorlesungen. Die Induktivität der Gradientenspulen wäre viel zu hoch, um darüber die Hochfrequenzleistung einzukoppeln. Außerdem befinden sie sich üblicherweise im Kryostaten. Die Sendespulen gehören aber schon zur "Röhre". Die Empfangsspulen werden hingegen möglichst nahe am Untersuchungsgebiet platziert, z.B. in Form einer Matte oder eines Helms. Eine HF-Kopplung zwischen den Magnet- und Hochfrequenzspulen ist sogar ausgesprochen unerwünscht, da hierdurch Artefakte verursacht werden können. Für solche Komplettanfänger wie Dich gibt es aber auch Abhilfe: https://www.youtube.com/watch?v=Tmk_JI0f3Rk
Wenn Du deine Weisheit aus der Tube gewonnen hast, dann schreibe erst einmal korrekt wie sie sich nennt.
Carsten S. schrieb: > Und selbst wenn ohne Kontrastmittel gearbeitet wird: Wenn man da so > 20min absolut reglos in einer engen und beim Betrieb lauten röhre liegen > muss kann einem hinterher schon etwas komisch sein... Die meisten Untersuchungen werden in seriösen radiologischen Praxen ohne Kontrastmittel durchgeführt. Der Großteil der wahrgenommenen Erwärmung setzt sich daher wie folgt zusammen: 1. Stress auf Grund der ungewohnten und für viele Menschen beängstigenden Situation 2. Stress auf Grund der räumlichen Einengung 3. thermische Isolierung durch Wolldecke, Schaumstoffkeile, Spulenmatte 3. thermische Isolierung durch den Kopfhörer/Gehörschutz 4. induzierte Wirbelströme in (verschwiegenen) leitfähigen Tätowierungen 5. Sinnestäuschungen durch Magnetfeld(änderung)en 6. Placeboeffekt durch die Kenntnis, dass magnetische und elektromagnetische Felder einwirken Bei Geräten bis ca. 1,5 T nimmt man das Magnetfeld selbst noch nicht wahr. aber ab der heute gebräuchlichen 3 T-Klasse sollte man sich ganz gemächlich hinlegen, da zu abrupte Änderungen zu Kopfschmerzen und Sinnestäuschungen führen können. > Je älter das Gerät um so enger und lauter... Jein. Die Lärmentwicklung der Gradientenspulen hängt hauptsächlich mit der Steilheit der Gradienten zusammen. Üblicherweise handelt es sich bei der Schichtselektion und Frequenzselektion um sägezahnförmige Signale, bei der Phasenselektion um kurze Rechteckpulse. Einige sehr neue Geräten können jedoch auch in einen "Flüsterbetrieb" geschaltet werden, bei dem insbesondere die Frequenzselektion mit abgerundeten Signalformen erfolgt. Dies geht jedoch deutlich auf Kosten der Messdauer. Eine andere Lärmquelle ist der Heliumkryostat bzw. dessen Kompressor. Und zuletzt kommen noch Lüfter- und ggf. Transformatorengeräusche aus den zugehörigen Schaltschränken hinzu, insbesondere den Hochstromversorgungen für die Gradienten- und Shimspulen. Die daraus resultierende bzw. für den Patienten wahrnehmbaren Geräusche hängen ganz erheblich von den baulichen Gegebenheiten ab.
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Jetzt würde mich mal interessieren wie es durch das Magnetfeld zu Sinnentäuschung kommen kann.
Na dann überlege mal wie der menschliche Körper aufgebaut ist und wie die Sinnesorgane funktionieren. Welche Aufgaben die Nerven haben. Dann überlege mal wie Magnetfelder auf Ströme wirken. Beim MRT haben wir es mit einem statischen Feld, in der Praxis von 1,5 bis 7 T zu tun. Das reicht nicht zur bildgebenden Diagnostik. Es muss das statische Magnetfeld noch moduliert werden.
Holger schrieb: > Jetzt würde mich mal interessieren wie es durch das Magnetfeld zu > Sinnentäuschung kommen kann. Es handelt sich dabei um sog. Magnetophosphene, die z.B. durch Wirbelströme verursacht werden können. https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetophosphen Als ich mich vor wenigen Jahren mit Schmackes auf der Liege vor einem MRT mit 3 T warf, sah ich sehr kurzzeitig solche Phosphene und bekam kurz Kopfschmerzen, die aber schnell wieder verschwanden. Der radiologische Assistent bestätigte auch, dass so etwas bei etlichen Patienten vorkomme, und zwar überwiegend bei genau diesem Gerät. Mittlerweile gibt es auch einige seriöse Untersuchungen, die vermuten lassen, dass auch Menschen Magnetfelder wahrnehmen können, ähnlich wie viele Vögel. Ob sich diese Wahrnehmungen als Phosphene äußern können, ist mir nicht bekannt. Wenn ich mich recht erinnere, ist das ganze wohl wesentlich subtiler.
Andreas S. schrieb: > Pandur S. schrieb: > >> Ich denke die Gradientenspulen haben mehr Leistung. > > Die Gradientenspulen haben aber nichts mit der RF-Leistung zu tun. Ähm doch!? Bleib mal bei deiner IT und überlass den Profis die Messtechnik und Medizintechnik.
Angehängte Dateien:
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mrt_spulen.png
46 KB
Michael B. schrieb: >> Die Gradientenspulen haben aber nichts mit der RF-Leistung zu tun. > > Ähm doch!? Bleib mal bei deiner IT und überlass den Profis die > Messtechnik und Medizintechnik. Im Anhang befindet sich ein Bild einer typischen MRT-Konstruktion. Dort ist ganz klar zu erkennen, dass die Sendespule zwar zur "Röhre" gehört, aber eben nicht zu den Magnetfeldspulen. Neben der viel zu hohen Induktivität, die sie für den Frequenzbereich im zig-MHz-Bereich ziemlich ungeeignet macht, gibt es noch zwei handfeste physikalische Gründe: 1. Die Gradientenspulen sind paarweise so angeordnet, dass sich ihre Magnetfelder im Isozentrum aufheben; genau dadurch wird ja der jeweilige Gradient erzeugt. Das Isozentrum ist jedoch der Ort, an dem sich das Untersuchungsgebiet des Patienten befindet. Die HF-Strahlung soll in diesem Gebiet jedoch maximal sein, was folglich einen deutlichen Widerspruch darstellt. 2. Der Kryostat, in dem die Magnetfeldspulen liegen, ist üblicherweise aus Metall, d.h. nichtmagnetischem Edelstahl und Aluminiumfolie zur Wärmeisolierung. Diese Metallschichten sind durchaus durchlässig für die niederfrequenten Magnetfelder, aber eben nicht für HF im Megahertzbereich. Deswegen dürfen die HF-Spulen eben nicht im Kryostaten untergebracht sein, wohl jedoch auf der Innenseite der Röhre. Hier ein weiteres Bild zur Spulenanordnung: http://mriquestions.com/many-kinds-of-coils.html
Dennis E. schrieb: > Schuster bleib bei deinen Leisten. Lass dich nicht von dem dümmsten Geschwätz dieses Herren verwirren! Der hat nicht die geringste Ahnung von MRTs und anderen Dingen.
Dennis E. schrieb: > Schuster bleib bei deinen Leisten. Lass dich nicht von dem dümmsten Geschwätz dieses Herren verwirren! Der hat nicht die geringste Ahnung von MRTs und anderen Dingen. Der sollte still sein schweigen, dann passt es.
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