失超（Quench），名詞解釋是失去超導(dǎo)，這個(gè)現(xiàn)象一般指的是超導(dǎo)MRI系統(tǒng)主動(dòng)、被動(dòng)瞬間失去超導(dǎo)狀態(tài)的一個(gè)過程。

回顧之前老王講過的磁體的相關(guān)知識(shí)，每一臺(tái)MRI設(shè)備內(nèi)部的核心就是一個(gè)超導(dǎo)電磁鐵。為了保持磁鐵中心的磁場(chǎng)強(qiáng)度均勻，因此磁鐵一般做成空心狀，超導(dǎo)線圈在中空支架上纏繞。同時(shí)為了保證線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)，磁體內(nèi)部溫度需要足夠低，目前主流磁體的內(nèi)部使用液氦作為冷卻液，液氦的溫度為4.215K, 約等于-269℃。

老王在勵(lì)磁一節(jié)中介紹了為了使主磁場(chǎng)加電流所需要的大致步驟，為了給電磁線圈充電使用了復(fù)雜的勵(lì)磁回路并且使用了專用工具。那么如果對(duì)于本身已經(jīng)有磁場(chǎng)的磁體因?yàn)槟撤N原因要去掉磁場(chǎng)怎么辦呢？超導(dǎo)MRI磁體有兩種方式可以去掉磁場(chǎng)：

 1. 退場(chǎng)，指的是同樣通過勵(lì)磁回路，可控的將電流通過加速器（Accelerator，一個(gè)很小的電阻，但是疊加了強(qiáng)大的散熱系統(tǒng)）緩慢的消耗掉的過程。一般來說超導(dǎo)磁體勵(lì)磁的時(shí)候需要將電擊棒插入磁體中，將勵(lì)磁回路引入主磁場(chǎng)，而勵(lì)磁結(jié)束后將電擊棒拔出。如果要退場(chǎng)，也需要重新將電擊棒插入磁體。

退場(chǎng)過程的優(yōu)點(diǎn)：

a.過程可控

b.液氦消耗比較小

c.對(duì)主線圈沒有損害

退場(chǎng)過程的缺點(diǎn)：

a.時(shí)間較為漫長(zhǎng)，1.5T磁體大約需要1.5小時(shí)，3.0T磁體大約需要3小時(shí)

b.需要準(zhǔn)備專用工具

c.一般需要重新將電擊棒插入磁體

2. 失超，失超的原理是主線圈中的一段或幾段發(fā)熱導(dǎo)致此處線圈溫度上升從而失去超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生電阻，而線圈中流過的大量電流通過這一段電阻后又產(chǎn)生大量的熱量加熱附近的線圈，從而引發(fā)連鎖反應(yīng)最終導(dǎo)致全部主線圈失去超導(dǎo)狀態(tài)并將電流轉(zhuǎn)換為熱量加熱液氦。

失超不需要獨(dú)立工具，依靠磁體自身就可以發(fā)生的物理現(xiàn)象，結(jié)果是電磁線圈中的電流瞬間消失，同時(shí)液氦大量揮發(fā)，揮發(fā)產(chǎn)生的氦氣通過失超管排向室外。失超后需要重新進(jìn)行勵(lì)磁才能恢復(fù)主磁場(chǎng)強(qiáng)度。

我們知道液氦揮發(fā)變成氦氣體積膨脹大約700倍，失超后磁體中將近2000L液氦全部揮發(fā)變成氦氣全部通過失超管排出，大家可以簡(jiǎn)單計(jì)算一下氣體排出的流量，因此失超發(fā)生后失超管會(huì)發(fā)生猛烈的低溫氦氣排放，這也是老王在前面場(chǎng)地準(zhǔn)備知識(shí)里面不厭其煩的描述失超管以及圍欄的重要性的原因。

失超過程的優(yōu)點(diǎn)：

a. 過程瞬間完成

b.不需要專用工具

2.被動(dòng)失超。前面也講了，實(shí)際上主線圈中任何一段的發(fā)熱如果產(chǎn)生了電阻，那么就會(huì)導(dǎo)致連鎖反應(yīng)最終發(fā)生失超。那么在實(shí)際使用過程中，其實(shí)有很多因素都可能被動(dòng)的發(fā)生失超，并且發(fā)生被動(dòng)失超的時(shí)候一般工程師都不在現(xiàn)場(chǎng)，爆破膜往往不會(huì)第一時(shí)間恢復(fù)， 這樣會(huì)導(dǎo)致磁體內(nèi)部較多的結(jié)冰，重新恢復(fù)的過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。被動(dòng)失超可能是因?yàn)榇朋w內(nèi)部的原因，也可能是誤操作下面大致進(jìn)行描述：

a.主磁場(chǎng)線圈不夠緊固，運(yùn)行過程中相互間產(chǎn)生了摩擦

b.磁體內(nèi)結(jié)冰，某些因素導(dǎo)致冷頭停止工作后冰融化掉落在主磁場(chǎng)線圈上引發(fā)熱量變化

c. 金屬物體吸入磁體引發(fā)失超

d. 磁體安全區(qū)域內(nèi)有大質(zhì)量的金屬物體運(yùn)動(dòng)引發(fā)失超

e. 失超開關(guān)實(shí)際上就是一個(gè)接觸開關(guān)，兩根導(dǎo)線接觸就會(huì)引發(fā)失超。

目前發(fā)生過的事故主要有下面兩種：

(1).墻面裝修打孔不小心直接打到失超線，引發(fā)了失超

(2). 老鼠咬失超線引發(fā)了失超

請(qǐng)各位老師一定要注意保護(hù)好失超開關(guān)以及失超線，尤其注意裝修和老鼠！！

f. 操作人員或者病人對(duì)矢超開關(guān)不理解導(dǎo)致誤觸發(fā)

還有一類失超比較特殊，它發(fā)生在新裝機(jī)的勵(lì)磁過程中。這種失超雖然不是可控的和完全可以預(yù)計(jì)的，但是由于勵(lì)磁操作過程工程師全程在場(chǎng)，可以第一時(shí)間更換爆破膜，多數(shù)情況只需要重新添加液氦就可以重新勵(lì)磁。而且由于磁體生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)奶厥庠?，這種失超的發(fā)生對(duì)磁體日后的穩(wěn)定運(yùn)行可能還是有利的，因此老王將其歸為第三類，我們將在下一節(jié)詳細(xì)進(jìn)行描述。

四.失超的處理

1. 失超后需要更換爆破膜

爆破膜顧名思義是一個(gè)薄膜，它的作用是在發(fā)生失超的時(shí)候第一時(shí)間破損把氦氣排放出去。

超導(dǎo)MR系統(tǒng)中的液氦如果變成氣態(tài)體積膨脹大約700倍，封閉空間內(nèi)氣體迅速膨脹這個(gè)過程我們?cè)谌粘Ｉ钪幸材芤姷?，就是炸彈爆炸，因此需要有失超管將氦氣排放出去避免造成更大的損害。

但是失超管只能起到導(dǎo)氣作用，平時(shí)沒有發(fā)生失超的時(shí)候我們并不希望磁體內(nèi)部與外界接通，這樣肯定會(huì)損失大量液氦，那么怎么做呢？

很簡(jiǎn)單的方法就是在磁體和失超管之間加入一個(gè)可以破損的薄膜，正常情況下薄膜能夠起到密封作用，一旦磁體內(nèi)部壓力急劇增大的時(shí)候氦氣沖破薄膜，磁體內(nèi)部的高壓氣體通過破損的爆破膜順著失超管排出磁體。下圖描述了一個(gè)爆破膜的大致安裝位置。

每一個(gè)爆破膜都有一個(gè)可以極限壓力，在此壓力以下的時(shí)候保持密封狀態(tài)，一旦超過極限壓力爆破膜破損，比如某型超導(dǎo)MR磁體的爆破膜極限壓力為10PSI，意思是磁體內(nèi)外壓力差超導(dǎo)10PSI的時(shí)候爆破膜破損。

爆破膜種類很多，一般有金屬爆破膜，石墨爆破膜這類一次性爆破膜，還有可以多次使用的彈簧結(jié)構(gòu)。下圖就是一個(gè)石墨爆破膜原裝和失超后的樣子。

發(fā)生失超后當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況穩(wěn)定后越早更換爆破膜，后續(xù)需要專業(yè)處理的工序也就越少，因此還是提醒大家如果遇到失超的發(fā)生，第一時(shí)間通知維修工程師到場(chǎng)處理。

2.  失超后一般需要經(jīng)過培訓(xùn)的高級(jí)工程師對(duì)磁體內(nèi)部進(jìn)行除冰操作，此過程需要消耗大量高純度氦氣，并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

失超后為什么要除冰呢？首先失超后爆破膜破損，磁體內(nèi)大量氦氣排出，磁體內(nèi)壓力急劇下降，如果長(zhǎng)時(shí)間不作處理甚至?xí)兂韶?fù)壓。很容易想到如果磁體內(nèi)部變成負(fù)壓，空氣就會(huì)涌入磁體內(nèi)部，此時(shí)雖然磁體內(nèi)部大量液氦揮發(fā)排出，但是內(nèi)部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫。

實(shí)際上磁體失超后內(nèi)部溫度還是基本保持在-269℃附近（只有失超后長(zhǎng)時(shí)間不處理磁體才會(huì)升溫，一旦磁體升溫，后續(xù)再降溫就會(huì)非常繁瑣，因此發(fā)生失超后盡可能第一時(shí)間更換爆破膜），空氣一旦進(jìn)入磁體會(huì)很快結(jié)“冰”，請(qǐng)注意我這里的冰打了雙引號(hào)，原因是這不是我們平常意義上的固體水，更多的是固態(tài)氮和固態(tài)氧，磁體失去密封的時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)冰也就越多。

如果要重新勵(lì)磁，需要把這些冰除去，原理是用常溫的高壓氦氣加熱這些冰，重新將固態(tài)氮和氧重新變成氣態(tài)，并通過管道將混合氣體排出磁體。

聽上去很簡(jiǎn)單，但是一般需要經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的高級(jí)售后工程師使用專門的工具一點(diǎn)一點(diǎn)的將冰吹掉，結(jié)冰越多所需要的操作時(shí)間也就越長(zhǎng)。

吹冰結(jié)束之后重新勵(lì)磁，超導(dǎo)MR系統(tǒng)就可以重新正常使用了。

五.特殊的失超——?jiǎng)?lì)磁失超

為什么說勵(lì)磁過程發(fā)生的失超不可怕，尤其是新裝機(jī)的超導(dǎo)磁共振，這種失超的發(fā)生對(duì)磁體日后的穩(wěn)定運(yùn)行可能還是有利的。

首先回顧爆破膜和吹冰的操作，老王不厭其煩的重復(fù)說一件事，就是失超后盡快更換爆破膜，越早更換爆破膜，后續(xù)需要的操作也就越少，勵(lì)磁時(shí)候?qū)I(yè)工程師在場(chǎng)，因此可以第一時(shí)間更換爆破膜，很多時(shí)候可能不需要除冰操作。

這里給大家介紹一個(gè)平時(shí)很少聽說過的名詞—失超訓(xùn)練（Quench training）。既然失超并不是我們想看到的，那為什么還要訓(xùn)練呢？

首先失超訓(xùn)練是工廠生產(chǎn)超導(dǎo)MR磁體的一個(gè)步驟，老王介紹磁體的時(shí)候講過，磁體內(nèi)部是超導(dǎo)線圈浸泡在液氦中，工廠生產(chǎn)的時(shí)候是將超導(dǎo)線以一定順序纏繞在固定件上制作而成的。老王在介紹失超產(chǎn)生的原因時(shí)候提到過主磁場(chǎng)線圈不夠緊固，運(yùn)行過程中相互間產(chǎn)生了摩擦可能會(huì)引發(fā)失超，對(duì)于新生產(chǎn)出來的磁體，線圈一般來說都不會(huì)特別的緊固，如果要使它變得更加緊固需要通過給線圈上電的方法，通過電磁場(chǎng)的相互吸引使其自然緊固。

第一次上電過程中，電流可能并沒有加到100%就已經(jīng)發(fā)生了失超，但是在這個(gè)過程中線圈已經(jīng)比剛制作出來的時(shí)候緊固了許多，下一次線圈能夠承受的電流就會(huì)增加。通過重復(fù)勵(lì)磁—失超—再勵(lì)磁的過程，最終主線圈能夠承受的電流強(qiáng)度就可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

但是生產(chǎn)出來的磁體需要經(jīng)過海陸空各種運(yùn)輸途徑最終到達(dá)安裝的場(chǎng)地，在這個(gè)過程中由于震動(dòng)碰撞等各種因素，非常小的概率下主線圈的緊固程度會(huì)降低，能夠承受的電流強(qiáng)度可能無法達(dá)到100%，此時(shí)進(jìn)行勵(lì)磁可能會(huì)發(fā)生失超。

然而就像之前所說的，這樣的失超實(shí)際上效果是讓主線圈更加緊固，我們可以認(rèn)為是工廠的失超訓(xùn)練順延到安裝過程中了。因此如果通過專門的檢測(cè)確認(rèn)磁體沒有問題，那么這類失超對(duì)磁體本身并沒有多大影響，甚至可能會(huì)使其線圈更加緊固，更加穩(wěn)定。

也請(qǐng)大家注意，本文絕不是說安裝過程中的失超對(duì)磁體是有好處的，因?yàn)楸旧戆惭b勵(lì)磁過程中失超發(fā)生的概率就極低，而且任何失超的發(fā)生都有一定的概率對(duì)磁體內(nèi)部電路產(chǎn)生影響，因此失超本身一定是要盡最大可能避免的。

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