引言這是我醞釀時間最長的一個系列，主要是磁體實在太復雜瞭，我有好多模糊的地方，趁著寫文章，思路也漸漸清晰瞭。
上期寫得的太過癮，光顧著“預熱”瞭。今天，正式“以西門子Area為例把冷卻系統聊透”~
對超導磁共振還有些陌生得請先看此文：
溫馨提醒：盡管已盡量弱化，但本文仍技術性較強，多字多圖多細節~
失超，好像全世界醫務工作者都知道。
這詞兒太出名瞭，不過全是負面的。他造成的損失數十萬正常的，上百萬是有可能的，再“努努力”，直接拖到報廢也不是難事兒~
所謂失超，磁共振由於人為或磁體故障，主磁體線圈由超導體變為導體，線圈中的電流瞬間消失，電磁能轉化為熱能，液氦大量揮發，磁場強度迅速下降。
正常的失超是這樣的畫風
失超（來自互聯網）
“作死”的畫風是這樣的，亮點在1分16秒。建議先看亮點，看完本文後，再完整看，能更好理解視頻的整個過程。
這一次磁體爆炸瞭，任何人看到這一幕，估計都會把磁共振列為最危險的醫療設備。。。
想把磁共振搞到爆炸也沒這麼容易，肯定是“人為”的~
1、“人為”造成的失超
01）為什麼失超會爆炸
首先，肯定很多人很奇怪，磁體都拖到戶外瞭，沒通電怎麼發生失超的？
因為她內置電池，Aera裡內置的是24V不可充電鋰電池，能保證10年續航（也有使用可充電電池的，比如奧泰MR）。內置電池保證瞭失超功能在任何時候都可以實現， 無論MRI是否工作、 是否通電。
其次，能引起上面“瞬間失超”的情況，一般隻有按失超開關才能實現。除非設備報廢或者發生重大危險，誰也不會去按，這是第一個“人為”。
失超開關
上期咱們介紹過，勵磁時主要是對磁體裡的heater加熱，那是第一個heater。
而通過失超開關引起失超的關鍵是失超加熱電阻(Quench heater)，這是磁體裡的第二個heater。還有第三個。。。
適當改造上期的勵磁電路的，變成失超電路，其基本思路是：當按下失超開關時，內置24V電池開始給Quench heater加熱，Quench heater受熱後使主磁體線圈由超導體變為導體，引發連鎖反應，使勵磁電流瞬間消失(約20秒)，電磁能轉化為熱能，從而導致液氦大量揮發。
失超原理
磁體腔體內的液氦氣化後變成氦氣後體積會膨脹739倍，會導致磁體壓力會迅速上升，而腔體體積有限(一般2000L左右，如Aera是1280L)，瞬間承載瞭931840L，憋在那裡不爆炸就見鬼瞭。
此時，你可能想到瞭高壓鍋。很聰明，兩者爆炸的原理一毛一樣，隻不過磁體爆炸威力更大。。。
02）失超保護機制
別怕，磁共振有失超管。還是以Aera為例，她具有完善的三級泄壓保護機制。實際失超管的設計復雜一些。
官方失超管
簡化失超管
為方便理解，我畫瞭簡化版，其三級泄壓機制如下：
1) 一級：1.3psi。磁體正常壓力是0.8psi(15.5psia)當冷頭停止工作後，液氦氣化，磁體壓力緩慢升高，大約4小時後，磁體壓力達到1.3psi，單向閥打開，氦氣從此流向彎頭最終通過失超管排出室外，以維持磁體內部壓力。
2）二級：11psi和15psi。當單向閥不足以穩定壓力時，壓力繼續升高到11psi(25.7psia)，此時失超，彈簧失超閥(Quench Valve)頂開石墨爆破膜(burst disk)，氦氣大量排除室外，出現開篇的失超畫風；而如果失超閥因故障未打開，則壓力繼續升高，一旦到15psi(Aera 29.7psia)石墨爆破膜破裂，同樣出現正常失超畫風。一般情況，磁體壓力不會到等不到11psi，5psi(20psia)左右就失超瞭~
3) 三級：20psi。如果磁體的氦氣出口被冰堵住瞭，壓力繼續升高到20psi(Aera 34.7psia)，輔助失超管裡的金屬爆破膜會被沖破，失超！
需要解釋一下，“冰”不是我們所理解的“水冰”，而是“氮冰”。當極少量空氣進入磁體後，在4K的低溫下迅速固態化“氮冰”，日積月累，堵住是必然的。冰這個事兒，很麻煩。。。
以上是"S"的三級泄壓保護機制，"GP"的稍微有些不一樣，一級、二級是單向閥泄壓，三級同樣是爆破膜，不同的是他們的爆破膜失超必破。“G”的三級壓力是 5.25psi、7.25psi、10psi；“P”的三級壓力是 3.75 psi、5psi、10psi。
所以，想讓磁共振爆炸，必須得把磁體的失超系統切斷，堵住液氦氦氣出口，這是第二個“人為”。
同樣，為保證安全，在勵磁前一定要先把失超管裝好~
最重要的是：一旦失超，磁體和外界是連通的。因此失超後的及時處理是非常關鍵的，這關系到磁體恢復的時間和工作量：
盡快更換失超管出口的爆破膜，以盡快隔離空氣，保護磁體，否則液氦繼續持續揮發，可能會導致磁體發熱，那後果是不堪設想的。
03）番外：解惑的小補充
剛剛看到各種數字以及psi和psia，暈菜瞭吧，我也是~
一傢醫院如果有GPS任何2傢磁共振就會發現一個有趣的情況：以我院為例，西門子Area的磁體壓力水平15.5，GE Architect的磁體壓力是0.9-1.1之間波動。
為啥兩傢差別這麼大？是高壓磁體和低壓磁體的原因嗎?
不是，單位不同而已！
咱們先復習一下初中壓強知識：
1）atm，標準大氣壓，
1 atm = 101.325kPa = 14.696 psi
2）壓強公制單位：常用單位如pa(帕斯卡，牛頓/平方米(N/m^2))，Kpa(千帕)，Bar(巴)，Mpa(兆帕)；壓強英制單位：psi(磅力/平方英寸(lbf/in^2))。
1 Bar= 0.1 Mpa= 100 Kpa= 100,000pa
1 Bar = 14.5 psi = 0.987 atm
重點來瞭，psi有倆表示方法：
1）psia(PSI Absolute)，絕對壓力，每平方英寸比真空所高出的壓力；
2）psig(PSI Gauge)，表壓力，比標準大氣壓所高出的壓力。一般來說，咱們看的都是表壓，因此常使用psi代替psig。
兩者的換算關系如下：
1 psia = 1 psig + 1 atm
因此，在寫壓力時，要註意區分是絕對壓力還是表壓力，這很重要。回到開頭，顯然，Area的磁體壓力是絕對壓力，15.5pisa；Architect的磁體壓力是表壓，0.9-1.1pisg。
根據上述公式換算，
15.5 psia – 1 atm = 0.8 psig(psi)
你看，其實是一樣的，參照物不同而已~
04）“另一種人為”失超
剛剛的“人為”隻有在發生重大危險時使用，是無可奈何的。
還有“另一種人為”造成的失超：
1）勵磁時造成的失超。如充磁電流過快或超過額定值，勵磁的風險上一篇已經講過瞭；
2）補充液氦方法不當造成的失超。加液氦一般是在廠傢的指導下，由專業的液氦公司處理。所謂補充方法不當是指輸液管尚未完全冷卻到4.2K時，就將其插入磁體輸液孔內，會引起杜瓦容器內液氦沸騰，並迅速氣化並噴發而出，導致超導環境遭到破壞從而引發失超。這種發生概率非常低，據國內液氦公司提供的參考資料，失超概率約萬分之五。關於如何加液氦，可看此視頻，該視頻不是往磁體加，而是往杜瓦罐裡加，但操作流程是完全一樣的。
以上兩種情況，廠傢絕不會希望發生的。所以，一般醫院多是希望快點把機器修好就行，但指望醫院出錢“治”失超，那連窗戶都沒有。。。
2“非人為”造成的失超
01）冷門的失超原因
除“人為”外，還有一些“非人為”失超。借用網上一段關於磁共振失超原因的整理並二次編輯(到處都是，也不知道原作者是誰)：
1）超導材料不穩定造成的失超，常見於首次勵磁時發生。磁體本身結果和線圈因素造成的失超，也多發生在勵磁過程中。這事兒和醫院一毛錢關系都沒有；
磁體線圈
2）磁體的真空隔溫層真空環境破壞，肯定失超。這個情況很罕見，往往醫院隻能認倒黴；
磁體腔和保溫材料
3）地震、雷電、撞擊等原因造成的失超，這個純屬意外。另外，普通撞擊是不會造成失超的，但是這個行為得批評。
輪椅被吸到磁體上
02）主要的失超原因
上述三種情況是非常冷門的，對於醫院或者工程師來說，並沒有多大的實際意義。最大的“非人為”因素是下面這條：
4）磁體內的液氦水平降到極限水平(一般是滿容量的30％。如Area是35%)時，如果仍未及時補充，則會導致失超。
到這，總算進入正題瞭~
咱們還是以Aera為例，這是他的磁體OR98，其基本情況如下：加滿液氦需要1280L，最大可加97%，最低可使用的液氦水平為35%。失超後需要100-1500L液氦。
Aera磁體
為瞭方便理解磁體結構，又又畫瞭個圖。切開磁體看橫斷面，整體結構其實很簡單：
磁體內部結構
1）整個磁體是1個全焊接不銹鋼容器，最外和最裡(黑線)代表外殼；
2）液氦腔體裡面充滿液氦(藍色)，主磁體(黃色)浸泡在液氦中；
3）外殼和液氦腔體之傢是抽真空的(白色)，通過真空實現與外部環境的熱量隔離；
4）在真空中插入冷屏(紫色)，用於熱屏蔽，以防止低溫環境的失控。
結構很簡單，難的是磁體的工藝及整個制作過程，請看下視頻：
寫該文時認識瞭“老王”和“小任”，感謝兩位大神的不吝賜教。引用“老王”一段文字，並稍作修改：
這，就是磁共振的冷卻系統。
3“冷卻系統”的引子
比起冷卻系統，我更願意稱之為“冷鏈”系統，因為他是環環相扣，任何一個環節出問題，必然出問題。除液氦外，“冷鏈”系統還維持磁共振的其他部件散熱。下圖是磁共振的整個冷卻鏈路。
“冷鏈”系統其實已經寫完瞭，專門畫瞭幾個高大上的圖。
但，為防止第三篇較短，顯得頭重腳輕，將“冷鏈”部分和預防措施一起放到“預防篇”。
這也符合邏輯，畢竟最不省心的就是他瞭，咱們下期見~
