科研人员提出高平均度多层Halbach磁体设想理论

yuneu 互联网资讯 2023-02-16 252 0

Halbach阵列磁体是由多个差别磁化标的目的磁块按规律组拆而成的永磁体构型。得益于磁材操纵率高、平均性高、逸散场小的优势，Halbach阵列磁体在一些关于体积要求紧凑、可挪动、可实时和原位检测的场景中得到普遍应用。近年来，因高平均度多层Halbach磁体的研究和开展，便携型核磁共振系统成为低场磁共振系统的研究热点。然而，因为设想理论不完美，现磁体设想办法多接纳近似计算或有限元仿实，存在计算精度不高、仿实优化费时吃力等问题。磁体几何参数若何影响磁场强度及平均度，以及磁块本身误差若何影响平均度等核心科学问题尚待阐释。因而，亟需为多层Halbach磁体设想供给较为遍及适用的设想理论办法。

中国科学院苏州生物医学工程手艺研究所研究员杨晓冬团队桌面磁共振波谱组构建了多层Halabch磁体优化理论，证了然多层Halbach阵列磁体中沿z轴的不平均性更大；基于单层Halbach磁体磁场散布方程推导证明，成立多层Halbach磁体设想和优化模子。同时，该研究简化了多层Halbach阵列磁体的设想，仿实验证了基于差别半径、每层Halbach阵列长度和各层磁体间距的优化成果。该工做设想了由三层Halbach磁体构成的1T-Halbach阵列磁体验证理论成果。在调整磁体中可挪动磁块位置后，在5 mm尺度核磁共振管内实现了220ppm的平均性。

该研究为设想多层Halbach阵列磁体奠基了理论根底，以更大化平均性并最小化磁体质料的利用，进步磁体系体例做效率、降低磁体加工造做成本，鞭策高平均性Halbach磁体在桌面波谱仪以及小型磁共振设备的研究和应用。

科研团队基于那一设想理论，设想造做了0.5T、1T等多套Halbach磁体。该团队为华中科技大学、华东师范大学等供给了基于多层Halbach的紧凑型永磁桌面波谱系统，磁体重量在6kg以内，被动匀场后场平均度在20ppm以内；在另一套0.5T磁系统统上施行主动匀场，场平均度可达0.5ppm。后续，有望基于该理论设想造做高达2 T的高平均性Halbach磁体，为研造高性能桌面核磁共振波谱仪、桌面核磁共振成像仪奠基根底。

相关研究功效以Theoretical foundation for designing multilayer Halbach array magnets for benchtop NMR and MRI为题，颁发在Journal of Magnetic Reaonance上。研究工做得到国度天然科学基金、山东省天然科学基金等的撑持。