مفهوم تصميم المكونات المغناطيسية لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي هالباخ وتحليل تحسين المجال المغناطيسي

14 يوليو 2025

في تصميم المكونات المغناطيسية للتصوير بالرنين المغناطيسي، تُعدّ شدة المجال المغناطيسي وانتظامه مؤشرين أساسيين للأداء. ومن خلال التحليل النظري ونمذجة المحاكاة، يمكن تلخيص العوامل الرئيسية المؤثرة على أداء المجال المغناطيسي على النحو التالي:

1. تصميم نمط المغناطيسية

يعتمد هذا المكوّن على ترتيب مغناطيسي متناوب من نوع NS (انظر الشكل 1). على الرغم من أن هذا التصميم يُنتج مجالًا مغناطيسيًا سطحيًا أقل قليلًا مقارنةً بهيكل هالباخ التقليدي، إلا أنه يُتيح انتقالات أكثر سلاسة للمجال المغناطيسي، مما يُحسّن من تجانس المجال والتحكم فيه. يُستخدم هيكل مغناطيسي من 12 قطعة (الشكل 2)، وهو ما تؤكده نتائج المحاكاة والمراجع العلمية. ستُقارن الدراسات المستقبلية هذا الهيكل بهيكل من 16 قطعة من خلال الاختبارات الفعلية.

2. تصميم حجم المغناطيس: القطر الداخلي والخارجي

تؤثر الأقطار الداخلية والخارجية للمغناطيس بشكل كبير على قوة المجال المغناطيسي:

أ قطر داخلي أصغريؤدي إلى مجال مغناطيسي أعلىوهو المعلمة الأساسية للضبط.
بينما زيادة القطر الخارجييؤدي تحسين المجال المغناطيسي في البداية إلى تقليل الفائدة بعد نقطة معينة، ويؤدي الحجم المفرط إلى هدر المواد.

ومن ثم، فمن المستحسن اتباع إرشادات نسبة العرض إلى الارتفاع للمغناطيس الشائعة: الطول/القطر > 0.5، ويفضل > 0.7، لإيجاد التوازن بين الأداء والتكلفة.

3. تأثير ارتفاع المغناطيس

يؤثر ارتفاع المغناطيس على شدة المجال وانتظامه. نظرًا لقيود التصنيع، لا يمكن للمغناطيسات الفردية الوصول إلى الارتفاع المطلوب، لذا... بنية المكدس المجزأة يتم استخدامه لتعزيز التصميم.

4. أداء المغناطيس واستقراره

بالنظر إلى بيئة التشغيل، يجب أن تتمتع المغناطيسات بمقاومة حرارية مستقرة. يستخدم هذا التصميم مغناطيسات مُصنّفة لـ 100 درجة مئوية لضمان التشغيل الموثوق به على المدى الطويل.

5. التحكم في زاوية الانحراف المغناطيسي

يؤثر انحراف زاوية المغناطيسية (زاوية الانحراف المغناطيسي) على اتساق المجال. تُشحن معظم المغناطيسات بزاوية، مما يتطلب دقة عالية. نُحسّن عملية الإنتاج لتحقيق... التحكم في الانحراف الزاوي ضمن الحدود المقبولة.

6. التعامل مع فجوة التجميع في مصفوفات المغناطيس الدائرية

تتكون كل طبقة حلقة مغناطيسية من ١٢ قطعة مغناطيسية مرتبة على شكل دائرة. دقة هذه الوصلات تؤثر بشكل مباشر على المجال المغناطيسي. لتقليل الخطأ التراكمي:

نحن زوج من المغناطيسات ذات التسامح السلبي والإيجابيمن أجل محاذاة أفضل.
نحن نسيطر بشكل صارم الانحراف الزاويمن كل قطعة إلى تقليل أخطاء التجميع.

7. التحكم في تسطيح المكدس

تُسبب الأسطح الطرفية غير المستوية في حلقات المغناطيس المكدسة فجوات في التركيب، مما يُضعف تجانس المجال المغناطيسي. نستخدم آلات طحن لمعالجة كلا طرفي الحلقات المغناطيسية لضمان:

الأسطح المستوية؛
وجوه نهائية متوازية؛
تكامل التراص الضيق.

8. محاذاة زاوية التركيب ومحور المركز

مطلوب محاذاة دقيقة بين الحلقات المغناطيسية لمنع سوء المحاذاة الاتجاهية، مما قد يؤدي إلى زعزعة استقرار المجال:

تم تصميم الحلقات الخارجية بـ ثقوب دبابيس تحديد المواقع المحددة مسبقًالضمان زوايا التثبيت المتسقة.

ال توزيع مجال المحور المركزيتمت محاكاته (انظر الشكل 3)، و هامش 40 ممتم الاحتفاظ بها في التصميم للحفاظ على تقلبات المجال المغناطيسي داخل منطقة SR المستهدفة (20 مم) إلى الحد الأدنى.

المراجع الأدبية وخطط التوسع
مجلة مرجعية: مجلة الفيزياء التطبيقية، المجلد 104، 013910، 2008
عنوان المقال: تحسين وتطوير تصميم أسطوانة هالباخ
المؤلفون: R. Bjørk، CRH Bahl، A. Smith، N. Pryds
DOI: 10.1063/1.2952537

القيم النظرية مقابل القيم المقاسة (الوحدة: T / Gauss)

منطقة	القيمة النظرية	القيمة المقاسة	نطاق الخطأ
SR10	0.4954T، ±20Gs	0.4853T، ±46Gs	تم التحكم فيه جيدًا، مع وجود مجال طفيف للتحسين
SR1	0.4956T، ±0.2Gs (≈40 جزء في المليون)	0.4853T، ±3Gs (≈618 جزء في المليون)	استقرار المركز يحتاج إلى مزيد من التحسين

براءات الاختراع ونتائج المحاكاة
هذا التصميم مصحوب بـ طلبات براءات الاختراع، والكامل محاكاة المجال المغناطيسي والنمذجة الهيكلية ثلاثية الأبعاد تم الانتهاء. الخطوة الأخيرة هي تجميع النموذج الأولي المادي والتحقق منه.

إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن أبحاثنا وتطوير مكونات التصوير بالرنين المغناطيسي، أو قدرات المحاكاة، أو خدمات تحسين المجال المغناطيسي، فلا تتردد في الاتصال بنا لمزيد من المناقشة!

يشارك: