永磁磁共振系统讲座 第二讲 磁体设计 包尚联 何群 包尚联先生，教授、博士生导师，北京大学医学物理和工程北京市重点实验室主任，北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心主任；何群先生，北京大学物理学院研究生。 一 前言 本讲介绍的永磁 MRI 系统的磁体设计主要包括磁体的磁路设计和极面设计的理论和方法。为了说清楚这个问题，首先需要介绍永磁材料的有关知识。 二 磁性材料 永磁体及其性能非常依赖于用于产生磁场的永磁材料，其中包括铁磁材料和稀土永磁材料。磁性材料是在原子尺度范围内原子磁矩具有相同的取向的材料，原子核磁矩的取向是在冶炼过程中完成的，但是没有充磁之前这些材料并不表现为磁性，冶炼和充磁过程保证了这些材料的质量和性能指标。从永磁 MRI 系统来说，目前所用的大多数磁性材料都是钕铁硼。 钕铁硼材料出现于 1983 年，是用粉末冶金技术制备的，具有很高的磁能积。钕铁硼材料典型的组成成分为 Fe 50%、Nd 33%、B 1.2%，另有少量的 Al、Nb、Ny 和 Co 等元素。 此材料最为显著的缺点是温度系数大；一般应用在温度可控的环境中，温度范围最大不能超过 100~150℃，通过合金掺杂技术可以将材料的工作温度提高到 180℃。 永磁材料在使用中必须考虑磁滞回线的问题，因为可以通过磁滞回线导出它们的特性。而且因为有磁滞回线存在，使用中需要考虑很多新的问题。磁滞回线是刻画磁感应强度B 和介质极化强度 J 同场强 H 关系的曲线，如图 1 所示。其中描述 J-H 之间的关系曲线称为内禀磁滞回线，B-H 之间的关系曲线称主磁滞回线。回线内任意一个点对应一种材料状态，一般而言，在主磁滞回线上或者附近的点处磁性材料的利用率较高。 主磁滞回线和内禀磁滞回线之间不是相互独立的，两者之间满足以下关系： μμμmHBJ−= (1) 因此，这些磁滞回线可以刻画材料的性能，并根据需要，选择合适的曲线进行设计。在使用中还要确定永磁材料退磁曲线和工作点。永磁材料在材料外部产生磁场，同时在内部也产生磁场。一般来说，永磁体内部的磁场和磁化强度和外部的磁场方向相反，即永磁体有退磁趋势。如果没有其它磁源提供磁场，永磁体的工作点位于 B-H 图的第二象限，此时 H 为负值，B 为正值，这里的磁滞回线称为退磁曲线，如图 2 所示。 有些永磁产品的退磁曲线下端会超出 H 轴并弯曲，曲线的拐点称为膝点。一般而言，永磁体的工作点不能位于膝点以下。室温条件下，高矫顽力的永磁材料膝点...
