L'invention a généralement pour objet un aimant solénoïdal à haute homogénéité de champ magnétique, constitué de plusieurs bobines espacées les unes des autres; elle a plus particulièrement pour objet une structure de raccordement entre les bobines, permettant d'éviter la création de composantes de champs parasites.
On sait que les installations d'imagerie par RMN nécessitent un aimant de grandes dimensions capable d'engendrer un champ magnétique uniforme dans une région déterminées de l'espace. Typiquement, il est nécessaire d'engendrer un champ magnétique de 0,15 à 0,5 teslas avec une homogénéité de 1 à 10 parties par million (ppm) dans une sphère de 40 cm de diamètre au moins.
Il est connu de réaliser un tel aimant à partir d'un ensemble de bobines espacées les unes des autres de distances choisies, le long d'un axe commun. Dans le document WO 86/03882, publié le 03.07.86, la Demanderesse décrit une méthode de calcul des caractéristiques d'un tel aimant constitué de bobines ayant toutes le même diamètre intérieur et extérieur et plus particulièrement constitué de bobines de type Bitter. Dans le calcul d'un tel aimant, on suppose qu'aucun courant en circulation dans les espaces entre bobines n'est susceptible de créer de champ magnétique. Or, les bobines sont reliées en série et des conducteurs de liaison traversent nécessairement ces espaces. L'invention concerne plus spécifiquement une structure de liaison entre bobines, agencée pour éviter la formation de composantes de champs parasites entre lesdites bobines.
Dans cet esprit, l'invention concerne un aimant solénoïdal à haute homogénéité de champ magnétique, constitué d'un ensemble de bobines de même diamètre intérieur et extérieur d'une bobine par rapport aux autres, espacées les unes des autres de distances choisies le long d'un axe commun, lesdites bobines étant connectées en série, caractérisé en ce que chaque bobine est connectée à la bobine voisine par deux groupes de conducteurs symétriques par rapport à un plan passant par ledit axe et par les points de connexion desdites bobines voisines, de façon que les composantes de courant dans lesdits groupes de conducteurs, créent des ampères-tours en opposition, en tout point de l'espace entre lesdites bobines, tel que les composantes de champ magnétique engendrées par ces composantes et courant s'annulent mutuellement.
Selon un mode de réalisation spécifique, chacun des deux groupes de conducteurs précités est matérialisé par un ou plusieurs anneaux conducteurs circulaires, chaque groupe comportant ainsi les parties d'anneaux situées de part et d'autre du plan précité. Ce ou (de préférence) ces anneaux sont agencés sensiblement transversalement audit axe tout en étant légèrement déformés pour définir, chacun, deux demi-spires sensiblement hélicoïdales et opposées. En outre, ce ou ces anneaux sont connectés aux points de connexion desdites bobines d'une part et/ou entre eux d'autre part, par des jonctions successivement diamétralement opposées. Autrement dit, si un seul anneau est utilisé (cas d'un espacement relativement faible entre deux bobines adjacentes), celui- ci est connecté aux deux poits de connexion des deux bobines adjacentes en des points diamétralement opposés. Si en revanche on utilise plusieurs anneaux, connectés bout à bout pour traverser l'espace entre deux bobines, alors le premier anneau est connecté à une extrémité de bobine en un premier point de connexion et à un anneau voisin en un second point de connexion diamétralement opposé et ainsi de suite jusqu'à la liaison du dernier anneau avec l'extrémité de l'autre bobine.
Avec la structure décrite jusqu'à présent, on peut estimer, en première approximation, que les composantes de champ magnétique engendrées par ces composantes de courant s'annulent mutuellement. Il subsiste une composante longitudinale du courant dirigée selon l'axe commun des bobines, laquelle dépend notamment du pas d'hélice des conducteurs de liaison. Cette composante de courant est toujours faible (surout si on augmente le nombre d'anneaux connectés bout à bout) et crée peu de champ. Si les circonstances l'exigent, elle peut aussi être compensée en mettant à profit le retour de courant vers la source d'alimentation, c'est-à-dire en faisant passer ce courant de retour dans au moins chaque espace entre deux bobines, par au moins un conducteur de retour de courant conformé et/ou disposé pour répartir son écoulement sensiblement régulièrement et longitudinalement sur une surface cylindrique coaxiale audit axe.
Par ailleurs, les bobines de Bitter sont bien connues pour la production de champs magnétiques intenses. La structure proposée par Bitter est un bobinage constitué de disques annulaires métalliques (généralement en cuivre ou en aluminium), fendus pour former autant de spires et raccordés pour définir un enroulement sensiblement hélicoïdal à spires plates. L'empilement de disques est maintenu par une pluralité de tirants. Cette structure est avantageuse car elle permet un refroidissement efficace de l'aimant, en pratiquant des trous dans les disques (et dans les isolants séparant ces disques), ces trous étant disposés suivant une même configuration d'un disque à l'autre pour matérialiser un ensemble de canaux parallèles à l'axe de la bobine, dans lesquels circule un fluide de refoidissement, par exemple de l'eau désionisée, de kérozène ou de l'huile.
L'invention s'applique de préférence à un aimant construit à partir de telles bobines de Bitter dans la mesure où, notamment, certains au moins das tirants précités peuvent être utilisés pour réaliser les conducteurs de retour de courant, répartissant ce courant sur une surface sensiblement cylindrique et coaxiale aux bobines, comme indiqué ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre d'une mode de réalisation d'un aimant construit conformément à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
En se reportant aux dessins, on a représenté un aimant solénoïdal 11 à disques annulaires de Bitter, connus en soi, constitué de sept bobines 13a, 14a, 15a, 16, 13b, 14b, 15b alignées le long d'un même axe principal de symétrie z'z. Pour une application à l'imagerie par RMN, il est possible d'obtenir un champ magnétique d'homogénéïté requise dans une sphère d'intérêt de volume suffisant dont le centre 0 est confondu avec celui de l'aimant, en choissant les longueurs des bobines et les espacements entre ces bobines. De plus, l'aimant est symétrique par rapport à un plan transversal passatnt par O. Un mode de calcul possible des caractéristiques des bobines de l'aimant et des espacements entre ces bobines est indiqué dans le docmument WO 86/ 03882 publié le 03.07.86, déposée par la Demanderesse, et ne fait pas partie de l'invention présentement décrit.
On entend par bobine de Bitter, toute bobine répondant à la définition rappelée ci-dessus. A ce titre, les disques fendus radialement constituant les spires, sont connectés, par exemple soudés, bout à bout et maintenus en un empilage serré au moyen d'une pluralité de tirants 18a ou 18b régulièrement répartis sur une surface cylindrique d'axe z'z. Toutes les bobines sont reliées en série. La source de courant, non représentée, est par exemple connectée à l'extrémité externe de la bobine 13a. Les tirants 18a sont en plusieurs tronçons propres à chaque bobine; ils ne s'étendent pas dans les espaces définis entre celles-ci. Les tirants 18b s'étendent sur toute la longueur de l'aimant et sont donc communs à toutes les bobines. Ils sont utilisés d'une part pour maintenir des tubes rigides isolés 20, formant entretoises, permettant de fixer les distances entre les bobines (les longueurs des entretoises déterminant les espacements voulus entre bobines) et d'autre part pour ramener le courant vers la source de courant, c'est-à-dire vers l'extrémité externe de la bobine 13a. Un plateau de répartition de courant 21, situé à l'extrémité externe de la bobine 13b, assure une répartition sensiblement uniforme de l'écoulement du courant de retour entre les tirants 18b lesquels sont régulièrement répartis, comme mentionné ci-dessus, sur une surface cylindrique d'axe z'z. Un autre plateau de répartition 22, isolé de la bobine 13a, est placé àl'extrémité de l'aimant la plus proche de la source de courant. Ce plateau est aussi en contact électrique avec les tirants 18b de sorte que cet agencement définit une sorte de cage d'écureuil connectée en série dans son ensemble avec les bobines de l'aimant, les tirants 18b étant parcourus par des fractions sensiblement égales du courant total qui traverse les bobines. Bien entendu, il n'est pas indispensable d'utiliser les tirants des bobines de Bitter pour assurer la compensation de la composante axiale du courant. Si cette compensation est recherchée, on peut utiliser une simple enveloppe tubulaire cylindrique extérieure aux bobines et coaxiale, pour assurer le retour de courant. On peut aussi utiliser une "cage d'écureuil" définie à partir d'autres tiges conductrices que les tirants.
La liaison électrique entre deux bobines voisines quelconques est assurée par deux groupes 91, g2 de conducteurs symétriques par rapport à un plan P passant par l'axe Z'Z et les extrémités 25, 26 des bobines adjacentes (voir figure 2). Une telle structure de raccordement est seulement illustrée entre les bobines 15b et 14b de la figure 1. Dans l'exemple spécifiquement décrit, chaque groupe de conducteurs précité est constitué par les moitiés de deux anneaux conducteurs circulaires 28, 29 situées respectivement d'un même côté du plan P. De plus, chaque anneau 28 ou 29 se compose de plusieurs (par exemple deux) conducteurs circulaires concentriques 30 et 31 fixés par tout moyen convenable à des pièces de raccordement 35, 36, 37. L'anneau 28 est fixé à l'extrémité 25 de la bobine 15b par une pièce métallique de raccordement 35. L'anneau 29 est fixé à l'extrémité 26 de la bobine 14b par une pièce métallique de raccordement 36, semblable. Les anneaux 28 et 29 sont connectés entre eux par une pièce métallique de raccordement 37 diamétralement opposée aux pièces 35 et 36. Deux tirants 18a situés dans le plan P et appartenant respectivement aux deux bobines à relier sont mis à profit pour fixer les pièces de raccordement 35 et 36 aux extrémités de ces bobines (trous de montage 40). Par ailleurs, l'un des tirants 18b muni de son entretoise traverse la pièce de raccordement 37 (trou 41). Les autres tirants 18b passent entre les deux conducteurs concentriques 30 et 31 de chaque anneau. Ceux-ci sont à section rectangulaire et sont fixés par vis et/ou soudées aux différentes pièces de raccordement (voir figures 2 et 3). Comme le montrent les figures 1 et 2, lorsqu'un tel agencement est en place entre deux bobines, les anneaux conducteurs 28 et 29 sont disposés sensiblement transversalement à l'axe tout en étant légèrement déformés longitudinalement pour définir chacun deux demi-spires approximativement hélicoïdales et opposées, symétriques par rapport au plan P. Par conséquent, à la sortie de la bobine 15b considérée, le courant se partage également dans les deux demispires et les composantes de courant circulant dans les deux demispires d'un même anneau créent des ampère-tours en opposition, ceci en tout point de l'espace entre les bobines. Sensiblement aucun champ magnétique axial n'est donc engendré par le système de liaison entre les bobines. Par ailleurs, comme mentionné précédemment, la composante axiale de courant, si faible soit elle, peut être assez précisément compensée par les tirants de retour de courant.
Dans le cas où les bobines de l'aimant sont effectivement des bobines de Bitter, il peut être avantageux de réaliser les anneaux conducteurs 28, 29 à partir des mêmes disques annulaires de Bitter utilisés pour la fabrication des bobines, non fendus et raccordés bout à bout en des points diamétralement opposés. Par ailleurs, le nombre d'anneaux utilisés dans un espace donné entre deux bobines sera fonction de la longueur de cet espace.