The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.6
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pp.1059-1063
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2010
Shimming is an important technique in development of nuclear magnetic resonance (NMR) magnets where image resolution is highly dependent on magnetic field homogeneity. Classically, shimming may be categorized into two types: 1) active shimming that incorporates with extra coils and precise tuning of their currents; and 2)passive shimming that incorporates with pieces of steel placed in a bore of a main magnet and their uniform magnetization under homogeneous external fields. Additional magnetic fields, produced by the coils and/or the steel sheets, compensate original magnetic field from the main magnet in such a way that the total field becomes more homogeneous. In this paper, we developed a passive shimming method based on linear programming optimization. Linear programming is well known to be highly efficient to find a global minimum in various linear problems. We firstly confirmed the linearity of magnetization of ferromagnetic pieces under a presence of external magnetic fields. Then, we adopted the linear programming to find optimized allocation of the steel pieces in the inner bore of a main magnet to improve field homogeneity.
The NMR's probe consists of the static magnetic field generator (magnetic source) and the RF coil. It is very strict for the homogeneity of the static magnetic field intensity of the magnetic source, so the cost of the magnetic source is more expensive in the entire nuclear magnetic resonance instrument. The magnetic source generally consists of electromagnet, permanent magnet and superconducting magnet. The permanent magnet basically needs not to spend on operation and maintenance and its cost of manufacture is much cheaper than the superconducting magnet. Therefore, the permanent magnet may be the only choice for the static magnetic field device if we want to use the magnetic resonance instrument as an analyzer for production by reducing price. A new probe magnet was developed on the basis of the permanent magnet ring in this paper to provide a technological way for reducing the manufacturing cost, weight and volume of the existing nuclear magnetic resonance instrument (including MRI) probe.
To obtain Nuclear Magnetic Resonance (NMR) measurement of membrane protein, an NMR magnet is required to generate high intensity, homogeneity, and stability of field. A High-Temperature Superconducting (HTS) magnet is a promising alternative to a conventional Low-Temperature Superconducting (LTS) NMR magnet for high field, current density, and stability margin. Conventionally, an HTS coil has been wound by several winding techniques such as Single-Pancake (SP), Double-Pancake (DP), and layer-wound. The DP winding technique has been frequently used for a large magnet because long HTS wire is generally difficult to manufacture, and maintenance of magnet is convenient. However, magnetic field generated by the slanted turns and the splice leads to field inhomogeneity in Diameter of Spherical Volume (DSV). The field inhomogeneity degrades performance of NMR spectrometer and thus effect of the slanted turns and the splice should be analyzed. In this paper, field gradient of HTS double-pancake coils considering the slanted turns and the splice was calculated using Biot-Savart law and numerical integration. The calculation results showed that magnetic field produced by the slanted turns and the splice caused significant inhomogeneity of field.
Although high-temperature superconducting (HTS) magnets have the potential merit of producing ultra-high field (>25 T), they have been not easy to apply to Nuclear Magnetic Resonance (NMR) because of the difficulty of field homogeneity improvement. This paper presents a design technique of passive shimming for HTS magnets. Ferromagnetic shimming design code was developed though MALAB, which includes the optimization algorithm. The proper shim element size was determined by a simulation. This design technique was verified by a case study design of a 3-T HTS magnet. We succeed to improve field homogeneity of the magnet from 634 ppm to 6.39 ppm at 10-mm diameter sphere volume. Feasibility of passive shimming for all-HTS NMR magnet was confirmed by this result.
A magnet assembly is a critical element of a nuclear magnetic resonance(NMR) based sensor. Magnetic flux density and homogeneity are essential to its optimum performance. Geometry and magnet material properties determine the magnetic flux density and homogeneity of the assembly. This study was carried out to develop the design for a magnet assembly. A 2-D finite element model for the magnetic assembly was developed using ANSYS and evaluated the effects of adding shimming frames and steel bars in the corners of the rectangular steel cover which surrounded the magnet. The assembly was manufactured and evaluated. According to the ANSYS model, modified pole frames increased magnetic flux density by 8.3% and increased homogeneity by 83%. Addition of steel bars in the corners increased the magnetic flux density by 1%, and improved homogeneity up to three times. The difference between simulated and measured magnetic flux densities at the center point of the air gap was within 2.4%.
This paper describes a model flux pump experiment recently performed at the MIT Francis Bitter Magnet Laboratory. The results of the model flux pump will be used in the development of a prototype flux pump that will be couple to a high-temperature superconductor (HTS) insert coil of a high-field NMR (Nuclear Magnetic Resonance) magnet, Such an HTS insert is unlikely to operate in persistent model because of the conductors low index(n) The flux pump can compensate fro field decay in the HTS insert coil and make the insert operate effectively in persistent mode . The flux pump, comprised essentially of a transformer an two switches. all made of superconductor, transfers into the insert coil a fraction of a magnetic energy that is first introduced in the secondary circuit of the transformer by a current supplied to the primary circuit. A model flux pump has been designed. fabricated, and operated to demonstrate that a flux pump can indeed supply a small metered current into a load superconducting magnet. A current increment in the range of microamperes has been measured in the magnet after each pumping action. The superconducting model flux pump is made of Nb$_3$ Sn tape, The pump is placed in a gaseous environment above the liquid helium level to keep its heat dissipation from directly discharged in the liquid: the effluent helium vapor maintains the thermal stability of the flux pump.
This study deals with the ferromagnetic shims design based on the spherical harmonic coefficient reduction method. The design method using the sequential search method is an intuitive method and has the advantage of quickly reaching the optimal result. The study was conducted for a 400 MHz all-REBCO magnet, which had difficulty in shimming due to the problem of SCF (screening current induced field). The initial field homogeneity of the magnet was measured to be 233.76 ppm at 20 mm DSV (Diameter Spherical Volume). In order to improve the field homogeneity of the magnet, the ferromagnetic shim with a thickness of 1 mil to 11 mil was constructed by a design method in which sequential search algorithm was applied. As a result, the field homogeneity of the magnet could be significantly improved to 0.24 ppm at 20 mm DSV and 0.05 ppm at 10 mm DSV.
NMR over 1 GHz (23.5 T) level has difficulties in design and fabrication with only low temperature superconducting (LTS) wire because of its material characteristics such as the decay of critical current under the magnetic field. Because High temperature superconducting (HTS) tape has a good performance under the extremely high magnetic field, it has been developed for high-field magnet over 23.5 T. In this paper, the LTS magnet was made for applying magnetic fields externally and the HTS coil was designed and fabricated. The electromagnetic field analysis has been done with respect to the structure and the operating current of the LTS and HTS coil. Considering to the field homogeneity and the center field, the design parameters which is suitable for the HTS coil were found. The HTS insert coil was impregnated with epoxy resin in order to prevent the movement of winding during energizing the magnet. The hybrid magnet (LTS/HTS) magnet was fabricated and tested based on the design parameters. The experimental result shows that the LTS background magnet and the HTS insert coil can be operated stable beyond 220 A and 210 A. The final value 4.32 T at the center was acquired.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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v.35C
no.10
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pp.1-11
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1998
This paper presents a new implementation method of the pulsed NMR(nuclear magnetic resonance) apparatus, which contains a single coil in a magnet console, to detect a NMR signal. Applying an RF magnetic field of 5MHz to the magnet console which is designed to have Larmor frequency of 5MHz for hydrogen atom, the hydrogen NMR signal was obtained from the glycerin which was put in the magnet console as a sample. The DC magnetic field in the magnet console was implemented with a permanent magnet of 1168 gauss and the RF magnetic field was generated appling an RF signal with the frequency of 5MHz and the current magnitude of 8A to a coil of 5.73${\mu}$H. The magnitude of the NMR signal was maximum when the RF magnetic field was generated for 2.8 ${\mu}$sec, and the period of generating the RF magnetic field was designed to 100msec for detecting the NMR signal repeatedly. The NMR signal, radiated from the sample in the magnetic console, was appeared as an amplitude-modulated signal with a frequency equal to the Larmor frequency. The signal, induced in the coil, was amplified in the tx/rx separation circuit, preamplifier and intermediate amplifier by a factor of 20.7dB, 36dB and 40dB, respectively, and the signal was detected by a synchronous detection circuits, then the NMR signal was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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