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发布日期：2023-05-18 作者：康为点击：

Halbach阵列磁体是由多个不同磁化方向磁块按法则组装而成的永磁体构型。得益于磁材借用率高、匀称性高、逸散场小的优势，Halbach阵列磁体在许多针对体积需要紧凑、可移动、可实时和原位探测的情景中获得全面运用。近年来，因高匀称度多层Halbach磁体的研发和成长，便携型核磁共振体系变成低场磁共振体系的研发热门。但是，因为设计理论不完备，现磁体设计方式多采取近似计算或有限元仿生，存在计算精度不高、仿生优化费时费劲等问题。磁体几何参数怎样影响磁场强度及匀称度，并且磁块本身偏差怎样影响匀称度等中心科学问题尚待阐释。因而，亟需为多层Halbach磁体设计供应比较广泛应用的设计理论方式。

中国科学院苏州生物医学工程技术研发所研发员杨晓冬队伍桌面磁共振波谱组建立了多层Halabch磁体优化理论，证实了多层Halbach阵列磁体中沿z轴的不匀称性最大；基于单层Halbach磁体磁场散布方程推导证实，创建多层Halbach磁体设计和优化模型。同时，该研发简化了多层Halbach阵列磁体的设计，仿生验证了基于不同半径、每层Halbach阵列长度和各层磁体间距的优化结果。该工作设计了由三层Halbach磁体构成的1T-Halbach阵列磁体会证理论结果。在调节磁体中可移动磁块位子后，在5 mm规范核磁共振管内实行了220ppm的匀称性。

该研发为设计多层Halbach阵列磁体奠定了理论根基，以最大化匀称性并最小化磁体原料的应用，提升磁机制作效益、减低磁体加工制造本钱，推进高匀称性Halbach磁体在桌面波谱仪并且小型磁共振设施的研发和运用。

科研队伍基于这一设计理论，设计制造了0.5T、1T等多套Halbach磁体。该队伍为华中科技大学、华东师范大学等供应了基于多层Halbach的紧凑型永磁桌面波谱体系，磁体重量在6kg以内，被动匀场后场匀称度在20ppm以内；在另一套0.5T磁系统统上施行主动匀场，场匀称度可达0.5ppm。后期，有望基于该理论设计制造高达2 T的高匀称性Halbach磁体，为研制高功能桌面核磁共振波谱仪、桌面核磁共振成像仪奠定根基。

有关研发成果以Theoretical foundation for designing multilayer Halbach array magnets for benchtop NMR and MRI为题，刊登在Journal of Magnetic Reaonance上。研发工作获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金等的支持。