热导式气体传感器可用于核磁共振超导磁体中液氦泄露检测

凤凰火

氦是一种稀有气体，化学性质稳定，很难与其他气体元素发生反应，物理性质极其特殊。它很难液化，在标准大气压下不凝固，熔点和沸点都很低。经过反复冷却，液氦可以达到接近绝对零度的低温(约-273.15)，是医用核磁共振设备的必备气体。

核磁共振(NMR)是一种物理现象，即处于静态磁场中的原子核受到另一个交变磁场的作用。作为一种分析方法，其广泛应用于物理学、化学生物学等领域，是继CT之后医学影像学的又一重大进展。由于氦具有低温超导性，是磁共振和核磁共振超导磁体的理想低温气体。氦可以达到零下451华氏度的低温，并有效地获得内部器官和组织的高分辨率图像。

超导磁体磁场的建立是在超导环境下，通过给超导线圈通电，产生强磁场。在理想状态下，磁场一旦建立，只要维持超导线圈的超低温环境，强磁场就会长期存在。超导材料主要是铌、钛、铜的多丝复合丝，其工作温度为4.2K(-268.8)。所以必须建立超导环境，把超导材料放在4.2 K的工作温度下。

建立超导环境的过程是先将超导磁体的真空绝缘层抽真空，将内部压力抽至0.001 Pa左右，然后预冷磁体，使液氦容器内的温度降至近4.2K，最后向磁体液氦容器内充入液氦，使超导线圈浸没在液氦中。

用于维持超导磁体超导状态的制冷剂是液氦。良好稳定的冷却系统不仅是超导环境存在的重要保证，还可以大大减少液氦的挥发，降低磁共振的运行成本。超导磁体浸在液氦中，液氦外层是液氮。液氦的作用是维持磁体的超导性，提供所需的磁场环境。液氮的目的是在液氦和外界环境之间加一层“隔热层”，减少液氦的挥发。

由此可见液氦是核磁设备中最重要的材料之一。由于液氦的化学性质有限，其密封性能对于设备运行的稳定性至关重要。当发生失超或容器受到剧烈冲击时，可能会出现液氦泄漏。正常情况下，泄漏的液氦通过专用管道排出。万一发生意外，可能会进入磁铁室造成伤害。超低温液氦会造成人体皮肤冻伤，。液氦本身没有直接毒性，但可能导致窒息。

目前市场上核磁设备使用的液氦监测设备大多为固定结构，没有输送监测报警模块的输送装置，导致监测范围非常有限，无法自动快速指示泄漏点的位置，增加了后期监测的难度。氦气浓度检测工采网技术工程师推荐使用热导式气体传感器：

荷兰Xensor 热导式气体传感器 - XEN-TCG3880，传感器芯片包含了2.5*3.33mm 的硅晶片，0.3mm的厚度，有一层氮化硅的薄膜，可进行热导率的测量，空气中的He、CO2、H2、N2等气体浓度的测量。

瑞士Neroxis 热导式气体传感器 - MTCS2601，或者基于帕拉尼原理的真空度检测，需要超低功耗，长寿命和免维护的产品。适用于恶劣环境下初级压力控制，需要功耗和尺寸的限制，或者是气体泄漏或者水分，或者侵入。