In this paper we present a brief description and summary results of each of our recent activities in three areas, all devoted to NMR and MRI superconducting magnet technologies: 1) development of a high-field LTS / HTS NMR magnet; 2) development of a novel digital flux injector for slightly resistive NMR magnets; and 3) a proposal fer a low-cost MRI magnet system based on $MgB_2$ composite and an innovative cryogenic design / operation concept.
The unique features of HTS offer opportunities and challenges to a number of applications. In this paper we focus on NMR and MRI magnets, illustrating them with the NMR/MRI magnets that we are currently and will shortly be engaged: a 1.3 GHz NMR magnet, an "annulus" magnet, and an $MgB_2$whole-body MRI magnet. The opportunities with HTS include: 1) high fields (e.g., 1.3 GHz magnet); 2) compactness (annulus magnet); and 3) enhanced stability despite liquid-helium-free operation ($MgB_2$whole-body MRI magnet). The challenges include: 1) a large screening current field detrimental to spatial field homogeneity (e.g., 1.3 GHz magnet); 2) uniformity of critical current density (annulus magnet); and 3) superconducting joints ($MgB_2$magnet).
The unique features of HTS offer Opportunities and challenges to a number of applications. In this paper we focus on NMR and MRI magnets, illustrating them with the NMR/MRI magnets that we are currently and will shortly be engaged: a 1.3GHz NMR magnet, an "annulus" magnet, and an $MgB_2$ whole-body MRI magnet. The opportunities with HTS include: 1) high fields (e.g., 1.3GHz magnet); 2) compactness (annulus magnet); and 3) enhanced stability despite liquid-helium-free operation ($MgB_2$ whole-body MRI magnet). The challenges include: 1) a large screening current Beld detrimental to spatial field homogeneity (e.g., 1.3 GHz magnet); 2) uniformity of critical current density (annulus magnet); and 3) superconducting joints ($MgB_2$ magnet).
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2000.02a
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pp.150-153
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2000
NMR researches are required high field and high homogeneous super-conducting magnet. Thus superconducting magnets for NMR applications are designed with minimization of coil winding volume satisfied constraints such as field strength, field homogeneity, etc. In this paper, we are discussed optimal design of high field super-conducting magnet for NMR applications. For a design example, we designed unshielded superconducting magnet for 600MHz NMR spectrometer with 100mm room temperature bore size and obtained 14.1011[T] field strength and 1.33 ppm field homogeneity.
Overhauser dynamic nuclear polarization (O-DNP) has been an efficient method to boost the thermal nuclear polarization in liquids at room temperature. However, O-DNP for a benchtop NMR using a permanent magnet has remained unexplored yet. In this work, we report the development of an O-DNP system adopting a permanent magnet of 1.6 T. Q-band (~43 GHz) high-power amplifier produced 6 W microwave for saturation. Instead of resonator, we used an open-type antenna for the microwave irradiation. For several representative small molecules, we measured the concentration and frequency dependences of the enhancement factor. This work paves the way for the development of a benchtop DNP-NMR system overcoming its disadvantage of low quality signal when using a permanent magnet.
In, Sehwan;Hong, Yong-Ju;Yeom, Hankil;Ko, Junseok;Kim, Hyobong;Park, Seong-Je
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.18
no.1
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pp.59-63
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2016
The superconducting NMR magnets have used cryogen such as liquid helium for their cooling. The conduction cooling method using cryocoolers, however, makes the cryogenic cooling system for NMR magnets more compact and user-friendly than the cryogen cooling method. This paper describes the thermal and structural analysis of a cryogenic conduction cooling system for a 400 MHz HTS NMR magnet, focusing on the magnet assembly. The highly thermo-conductive cooling plates between HTS double pancake coils are used to transfer the heat generated in coils, namely Joule heating at lap splice joints, to thermal link blocks and finally the cryocooler. The conduction cooling structure of the HTS magnet assembly preliminarily designed is verified by thermal and structural analysis. The orthotropic thermal properties of the HTS coil, thermal contact resistance and radiation heat load are considered in the thermal analysis. The thermal analysis confirms the uniform temperature distribution for the present thermal design of the NMR magnet within 0.2 K. The mechanical stress and the displacement by the electromagnetic force and the thermal contraction are checked to verify structural stability. The structural analysis indicates that the mechanical stress on each component of the magnet is less than its material yield strength and the displacement is acceptable in comparison with the magnet dimension.
Recently, production technique and property of the High-Temperature Superconductor (HTS) tape have been improved. Thus, the study on applying an HTS magnet to the high magnetic field application is rapidly increased. A Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectrometer requires high magnitude and homogeneous of central magnetic field. However, the HTS magnet has fabrication errors because shape of HTS is tape and HTS magnet is manufactured by winding HTS tape to the bobbin. The fabrication errors are winding error, bobbin diameter error, spacer thickness error and so on. The winding error occurs when HTS tape is departed from the arranged position on the bobbin. The bobbin diameter and spacer thickness error occur since the diameter of bobbin and spacer are inaccurate. These errors lead magnitude and homogeneity of central magnetic field to be different from its ideal design. The purpose of this paper is to investigate the effect of winding error, bobbin diameter error and spacer thickness error on the central field and field homogeneity of HTS magnet using the virtual NMR signals in MATLAB simulation.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1996.06c
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pp.528-538
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1996
A magent console is critical element since its homogeneity is essential to the performance of a nuclear magnetic resonance (NMR) based sensor. Geometry and properties of magnet materials determine the magnetic flux density and homogeneity of the console. This study is carried out to develop a design scheme of the magnet console using ANSYS to reduce the design error of the magnet console compared . To enhance the performance of the magnet console, corner steel was proposed and validated by simulation and manufactured one. The corner steel increased the magnetic flux density (B) by about 1% and enhanced homogeneity by approximately 3 times. There was about 3% difference between simulated and measured B values.
One of the recent proposals with nuclear magnetic resonance (NMR) is a multi-bore NMR which consists of array of magnets which could present possibilities to quickly cope with pandemic virus by multiple inspection of virus samples. Low temperature superconductor (LTS) can be a candidate for mass production of the magnet due to its low price in fabrication as well as operation by applying the helium zero boil-off technology. However, training feature of LTS magnet still hinders the low cost operation due to multiple boil-offs during premature quenches. Thus in this paper, LTS magnet with low mechanical stress is designed targeting the "training-free" LTS magnet for mass production of magnet array for multi-bore NMR. A thorough process of an LTS magnet design is conducted, including the analyses as the followings: electromagnetics, mechanical stress, cryogenics, stability, and protection. The magnet specification was set to 4.7 T in a winding bore of 85 mm, corresponding to the MR frequency of 200 MHz. The stress level is tolerable with respect to the wire yield strength and epoxy crack where mechanical disturbance is less than the minimum quench energy.
고해상도의 NMR 연구 개발을 위해서는 고자장의 마그넷연구가 선행되어야 한다. 고자장을 구현하기 위해서는 저온초전도체를 이용한 마그넷뿐만이 아니라 고온초전도체를 이용한 인서트 코일의 연구가 필요하다. 연세대학교에서는 국가지정연구실사업으로 단백질 구조 규명의 초고자장 NMR 실현을 위한 고온초전도 인서트 코일 기술연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 고온초전도 인서트 코일 연구를 위해 제작할 LTS background magnet과 HTS 인서트 코일에 대한 전자장 해석을 진행하였다. 균일도나 선재 사양 등의 주요 변수 등을 고려하여 LTS background magnet과 HTS 인서트 코일에 적합한 사양을 결정하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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