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磁共振成像是现代医学影像领域中最先进的诊断方法之一,已被广泛应用于临床医学。射频接收线圈是磁共振成像系统中拾取信号的核心元件,提高其品质因数可以提高系统的信噪比,进而提高成像质量。超导材料的零电阻特性可使用其制作的射频接收线圈品质因数得到提高。本文在国家自然科学基金“磁共振成像MgB2接收线圈的研究”资助基础上,主要采用计算机有限元分析和低温实验两种方法对超导接收线圈的品质因数进行研究。
首先运用Ansoft HFSS高频电磁仿真软件,按照Bi2223超导接收线圈的实验装置建立了能够准确地模拟实验系统特性的仿真模型,经过模拟计算得到的品质因数结果与实验的结果基本一致。通过调整仿真模型中谐振电容的大小改变谐振回路的谐振频率,得到了超导接收线圈的品质因数与不同谐振频率之间的关系曲线。结果表明,只有在较低谐振频率下通过使用超导材料制作射频接收线圈才能有效提高其信噪比。粉末套管法是超导带材制备中普遍采用的工艺,此法制备的带材表面有一层金属护套,仿真研究发现,在金属护套完全包裹超导带材时,超导谐振回路的品质因数与相同规格的金属谐振回路的品质因数相同;而在去除外侧表面的金属层时可获得最大的品质因数。这对磁共振成像超导接收线圈的实际制作有重要的指导意义。
实验使用西北有色金属研究院制作的MgB2环,自制了一个超导谐振回路,并设计一套G-M制冷机环境下测试品质因数的低温实验系统。对MgB2超导接收线圈的品质因数进行了测试,实验结果表明,MgB2超导谐振回路同比铜质谐振回路品质因数提高1.44倍,这与仿真结果基本一致。