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發(fā)布日期：2023-05-18 作者：康為點(diǎn)擊：

Halbach陣列磁體是由多個(gè)不同磁化方向磁塊按法則組裝而成的永磁體構(gòu)型。得益于磁材借用率高、勻稱性高、逸散場小的優(yōu)勢，Halbach陣列磁體在許多針對體積需要緊湊、可移動、可實(shí)時(shí)和原位探測的情景中獲得全面運(yùn)用。近年來，因高勻稱度多層Halbach磁體的研發(fā)和成長，便攜型核磁共振體系變成低場磁共振體系的研發(fā)熱門。但是，因?yàn)樵O(shè)計(jì)理論不完備，現(xiàn)磁體設(shè)計(jì)方式多采取近似計(jì)算或有限元仿生，存在計(jì)算精度不高、仿生優(yōu)化費(fèi)時(shí)費(fèi)勁等問題。磁體幾何參數(shù)怎樣影響磁場強(qiáng)度及勻稱度，并且磁塊本身偏差怎樣影響勻稱度等中心科學(xué)問題尚待闡釋。因而，亟需為多層Halbach磁體設(shè)計(jì)供應(yīng)比較廣泛應(yīng)用的設(shè)計(jì)理論方式。

中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研發(fā)所研發(fā)員楊曉冬隊(duì)伍桌面磁共振波譜組建立了多層Halabch磁體優(yōu)化理論，證實(shí)了多層Halbach陣列磁體中沿z軸的不勻稱性最大；基于單層Halbach磁體磁場散布方程推導(dǎo)證實(shí)，創(chuàng)建多層Halbach磁體設(shè)計(jì)和優(yōu)化模型。同時(shí)，該研發(fā)簡化了多層Halbach陣列磁體的設(shè)計(jì)，仿生驗(yàn)證了基于不同半徑、每層Halbach陣列長度和各層磁體間距的優(yōu)化結(jié)果。該工作設(shè)計(jì)了由三層Halbach磁體構(gòu)成的1T-Halbach陣列磁體會證理論結(jié)果。在調(diào)節(jié)磁體中可移動磁塊位子后，在5 mm規(guī)范核磁共振管內(nèi)實(shí)行了220ppm的勻稱性。

該研發(fā)為設(shè)計(jì)多層Halbach陣列磁體奠定了理論根基，以最大化勻稱性并最小化磁體原料的應(yīng)用，提升磁機(jī)制作效益、減低磁體加工制造本錢，推進(jìn)高勻稱性Halbach磁體在桌面波譜儀并且小型磁共振設(shè)施的研發(fā)和運(yùn)用。

科研隊(duì)伍基于這一設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)制造了0.5T、1T等多套Halbach磁體。該隊(duì)伍為華中科技大學(xué)、華東師范大學(xué)等供應(yīng)了基于多層Halbach的緊湊型永磁桌面波譜體系，磁體重量在6kg以內(nèi)，被動勻場后場勻稱度在20ppm以內(nèi)；在另一套0.5T磁系統(tǒng)統(tǒng)上施行主動勻場，場勻稱度可達(dá)0.5ppm。后期，有望基于該理論設(shè)計(jì)制造高達(dá)2 T的高勻稱性Halbach磁體，為研制高功能桌面核磁共振波譜儀、桌面核磁共振成像儀奠定根基。

有關(guān)研發(fā)成果以Theoretical foundation for designing multilayer Halbach array magnets for benchtop NMR and MRI為題，刊登在Journal of Magnetic Reaonance上。研發(fā)工作獲得國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等的支持。