En la primera parte de este artículo describimos en términos simples el principio de funcionamiento de un resonador magnético. Si deseas volver a ver el artículo puedes hacer click aquí.
Ahora, en la segunda parte expondremos las razones físicas por las cuales ocurre el famoso “quench”.
Como mencionamos en el primer artículo, un electroimán debe su magnetismo a la corriente eléctrica que se transporta en cables que se enrollan miles de veces en un bucle. Estos electroimanes son fabricados con una aleación de metal especial que tiene la propiedad de perder totalmente su resistencia eléctrica cuando se enfría a temperaturas extremadamente bajas.
Aunque esta tecnología es compleja y relativamente costosa, hace posible la construcción de imanes con una potencia sin precedentes, estabilidad y homogeneidad del campo magnético que generan, los cuales son atributos indispensables para la realización de una resonancia magnética.
Para lograr que la temperatura de las bobinas permita comportarse como un superconductor, los electroimanes se refrigeran mediante helio líquido, un producto costoso y cada vez más raro que fluye a temperaturas cercanas al cero absoluto: Las bobinas del imán están encerradas en una carcasa “tipo termo” para minimizar la fuga de calor.
Un quench es el fenómeno en el cual el electroimán se vuelve inutilizable, ya que los conductores que forman la bobina pierde su estado superconductivo por un incremento de su temperatura, debido a que el helio líquido que los refrigera pasa a estado gaseoso y es liberado al ambiente.
Un quench ocurre de la siguiente manera:
En condiciones normales de operación, los conductores están inmersos en un líquido que lo mantiene lo suficientemente frío como para que su resistencia eléctrica sea igual a cero.
Gracias a esto, imaginemos que los bucles de cable en la bobina del electroimán, quizás unos 15 kilómetros o más en algunos magnetos, están completamente sumergidos en helio líquido y que los electrones de la corriente eléctrica viajan a través de la “autopista” de la superconductividad.
Luego que el helio contenido en “el termo” baja por alguna razón. La parte superior de la bobina comienza a quedar fuera del helio líquido, y al principio, los conductores permanecen fríos.
Baja aún más el helio líquido y se incrementa la cantidad de conductores fuera del refrigerante, y así empieza a calentarse la parte de la bobina expuesta, perdiendo su propiedad de superconductividad. Para este punto, la corriente de los conductores va a seguir circulando, pero ya no lo hará en un conductor sin resistencia, por lo que la temperatura se incrementará cada vez más.
Un electroimán típico conduce alrededor de los 500 Amperios, así que tan solo 1 Ohm de resistencia de los conductores puede liberar una energía de 250 kilowatios. En realidad, este pico tiene una duración de un instante y luego decae, dado que la energía total almacenada en la bobina es limitada y se descarga rápidamente, pero este calor tendrá el efecto de convertir mucho del helio líquido en gas.
Cuando el helio pasa de su estado líquido a gas, se expande en un factor de 800 veces su volumen, por lo que un resonador que contiene mil litros de helio líquido puede producir un volumen de 800 mil litros de helio en estado gaseoso durante un quench total, y todo el gas va a buscar escapar del equipo inmediatamente hacia la atmósfera.
Para evitar que el helio se caliente y cambie su estado físico se usa un sistema de refrigeración que incluye un compresor. Este sistema de refrigeración permite que el helio se conserve en estado líquido.
Así que el punto crítico principal para prevenir que su resonador magnético sufra un quench es garantizar el óptimo funcionamiento de su sistema de refrigeración: Cuando el sistema de refrigeración falla, el imán puede perder el helio líquido rápidamente.
Si el aire acondicionado en la sala de equipos falla y la habitación se calienta, el compresor del sistema de refrigeración se apagará y el hielo líquido comenzará a “hervir” rápidamente y el imán puede quedar quedar inutilizable con relativa rapidez.
El segundo punto crítico es que el imán también puede calentarse debido a la falta de energía eléctrica o un componente roto en el sistema de refrigeración del imán, por lo que hay que cuidar meticulosamente las condiciones eléctricas operativas de toda la instalación.
Los equipos de resonancia magnética son diseñados para recuperarse de un quench y ser nuevamente energizado. Pero es un procedimiento costoso y lento: los ingenieros de servicio tendrán que gastar un tiempo considerable y herramientas especiales y el suministro de helio líquido. En algunos casos, si la temperatura del magneto se ha igualado con la de la sala, hará falta el uso de bombas de vacío para el proceso de enfriamiento.
Debido a que las herramientas y el helio líquido no están siempre disponibles inmediatamente, si tu resonador sufre de un quench, usualmente pueden pasar muchos días antes de que pueda ser usado nuevamente.
