1.5TMRI超导磁体低温容器的拉杆设计与校核

　　1 引言

　　中国科学院电工研究所最近正在研发一台1. 5T MRI( 核磁共振成像) 磁体系统。该超导磁体系统相关参数见表 1，巨大的孔径使得磁体的冷重达到了 4 吨，为保证系统运行及运输过程中的稳定性，拉杆的设计工作便显得尤为必要。

　　在该磁体系统中，拉杆的主要作用是固定磁体、液氦容器、冷屏等。在磁体系统正常工作时，拉杆上主要受力来自于系统自重、冷缩力以及安装过程中施加的预紧力。而在运输过程中，拉杆上更是受有来自不同方向的动载力，这使得拉杆上的受力情况十分复杂。为了确保稳定性与安全性，拉杆应有足够的强度，因而横截面积必须足够大。另外，超导磁体系统工作在极低温环境下，为了使低温更容易达到，降低运行成本，系统漏热应尽可能地小，拉杆的横截面积应尽可能地小。因此通过计算，找到最佳横截面积就尤为重要。拉杆的设计，低漏热，高强度，尤其是在核磁共振这种大型、高精度磁体系统中，是非常重要的。

　　超导磁体系统中所使用的拉杆一般分为两类: 普通拉杆和跑道拉杆。普通拉杆截面一般为方形或圆形。由于结构简单，加工方便，在小型磁体或是冷屏的定位中经常用到。跑道拉杆形状酷似跑道，运用玻璃纤维根据需要的尺寸绕制，并配上合适比例的环氧使其达到最佳强度。由于充分利用了玻璃纤维在经线方向的韧性，抗拉强度相比普通拉杆提升了不少。但是加工工艺复杂，一般在磁体较重时使用[1，2]。1. 5T MRI 磁体系统由于冷质量较大，因而采用了跑道结构。

　　2 拉杆设计

　　1. 5T 磁体系统拉杆有两组，分别用于固定液氦容器和冷屏。由于冷屏质量较轻，其拉杆设计比较简单，故在此不再叙述，本文主要以液氦容器拉杆为设计对象。液氦容器拉杆主要受力来自于磁体、液氦容器以及液氦的质量，为便于表达，统称为冷质量，用 M 表示，在 1. 5T 系统中，M = 4000kg。拉杆冷端安装在液氦容器端板上，位置见图 2，液氦容器上下各四根，对称安装，共八根拉杆。根据具体结构要求不同，安装角度会有不同。由于冷质量较重，采用跑道结构。单根拉杆长度为 330mm，两根拉杆串连，中间接热沉以减小漏热。拉杆冷端连液氦容器，温度大约为 4. 2K。暖端接真空容器，约为室温 300K。中间热沉通过导冷带接冷屏上，温度大约为 45K。

　　建立如图 2 所示坐标系，根据低温容器设计安全技术规范，低温容器系统在运输过程中需得承受以下的加速度[3]：

　　2. 1 拉杆安装角度设计

　　由于三个方向加速度最大值不同时出现，三个方向最大值可独立分析。