Supraconductivité

Bonjour la section physique !

En tant que futur radiologue, vous devriez me voir plus souvent ici. Ma question naît d'un constat : la majorité des IRM utilise la supraconductivité pour produire le champ magnétique principal. Un appareil d'IRM coûte très cher, en partie à cause de la grande quantité d'hélium liquide nécessaire à la supraconductivité. Sachant que les champs utilisés couramment ne dépassent pas les 3 teslas d'intensité, l'IRM pourra-t-elle bénéficier dans quelques années de nouveaux matériaux supraconducteurs ne nécessitant pas de si basses températures ?

Ca me plait plus par ici
Pour generer votre champs magnetique vous avez besoin de tres forts courant. Or qui dit tres fort courant dit chaleur, qui dit chaleur dit fonte des circuits
La chaleur est du au deplacement des electrons qui sont en tres grande quantite, et qui passent dans des materiaux resistifs, donc effet Joule. Le champs magnétique est lui engendre par le passage des electrons dans une bobine
Pour eviter de trop chauffer on baisse la temperature des dispositifs.
A tres basse temperature certains materiaux deviennent supraconducteurs ou en gros les electrons s'apparient (paires de Cooper) et l'entite passe au travers des atomes.
Et la pas d'emission de chaleur
Pour vos manip vous prenez de l'helium liquide qui permet d'etre a la bonne temperature (qq K) pour utiliser la plus part des materiaux supraconducteurs.
Il est possible de monter plus haut en temperature (jusqu'a 130K en gros) mais la tout n'est pas supraconducteur, notament les circuits electroniques. Et meme si on gagne sur les cables electriques, on perd en efficacite sur les circuits car meme si ils sont a tres basse temeperature, la densite de courant est trop forte et fatigue, fragilise les circuits, qui finissent par ne plus fonctionner. Au prix d'un IRM ca serait ballot

Ok merci. Je tiens à préciser quand même que pour certains IRM à bas champ, on utilise des aimants résistifs ou des aimants permanents. Les premiers consomment beaucoup d'énergie, les seconds sont très lourds.
Au final, peut-on produire un champ magnétique autrement qu'en utilisant les aimants supraconducteurs, résistifs ou permanents ? La physique n'autorise-t-elle pas d'autres méthodes ? Sachant que pour le domaine médical on utilise des intensités allant de 0.2 à 3T.

Thunderhead a écrit:

Sachant que pour le domaine médical on utilise des intensités allant de 0.2 à 3T.

ca correspond a combien de watts pour generer des champs comme ca?

'jib

jibus a écrit:

Thunderhead a écrit:

Sachant que pour le domaine médical on utilise des intensités allant de 0.2 à 3T.

ca correspond a combien de watts pour generer des champs comme ca?

'jib

Approximativement un Q-Tips, c'est à dire 2 ouates...

Thunderhead a écrit:

Ok merci. Je tiens à préciser quand même que pour certains IRM à bas champ, on utilise des aimants résistifs ou des aimants permanents. Les premiers consomment beaucoup d'énergie, les seconds sont très lourds.
Au final, peut-on produire un champ magnétique autrement qu'en utilisant les aimants supraconducteurs, résistifs ou permanents ? La physique n'autorise-t-elle pas d'autres méthodes ? Sachant que pour le domaine médical on utilise des intensités allant de 0.2 à 3T.

Oui c'est possible: effet hall par exemple. par contre les effets meme si ils montent a 1-5 tesla sont de faible portee et ont des effets trop fin pour un coprs humain
Sinon le passage d'un courant dans une bobine induit un champs magnetique, on n'a donc pas forcement besoin d'aimant. Mais ca ne monte pas tres haut en puissance
Tu sais si vous utilisez des champs pulses? Ce sont des champs tres fort (largement superieur au Tesla) pour des temps tres brefs (nano, pico, fento seconde)

Je viens de chercher quelques informations sur cet effet Hall. J'ai dû mal comprendre, ou mal me renseigner, mais j'en ai compris que l'application d'un ruban de métal, souvent semi conducteur, au milieu d'un champ magnétique, génère un courant électrique. Ma précédent question portait que les moyens de générer un champ magnétique. Ici on ne le crée pas, c'est le courant électrique qu'on crée ?

Quand je parlai d'aimant résistif, je voulais parler d'un champ généré par le passage d'un courant dans une bobine. Pour les champs pulsés, je pense qu'on n'en utilise pas en clinique courante. On utilise au maximum du 3 Telsa, appelé IRM à très haut champ. Cela permet d'avoir un meilleur rapport signal/bruit, mais a aussi pour inconvénients l'augmentation des effets de susceptibilités magnétiques, des artéfacts de déplacement chimique, une quantité d'énergie radiofréquence en W/kG augmentée. A propos de l'énergie, il y a maintenant des normes limitant la dose maximale reçue par le patient. Je rappelle que l'IRM au premier trimestre de la grossesse est contre-indiquée par précaution, car on n'est pas encore capable d'évaluer correctement les conséquences possibles d'un champ magnétique sur l'embryon. Pour finir, l'IRM à très haut champ s'accompagne aussi d'une augmentation du bruit acoustique, gênant pour le patient.

Mais au fait, pour continuer dans le registre des devinettes, quelqu'un serait-il capable d'expliquer pourquoi l'IRM fait du bruit ?

Sauf que si tu generes le courant electrique le champs se trouve forme (les 2 sont lies)
Il est vrai que l'en s'en sert dans le sens que tu as decrit, au temps pour moi
Pour les bruits: fortes variations de courant dans les bobines, ce qui cree des contraintes mecaniques des fils de la bobine qui se mettent a claquer, comme l'eau dans un tuyau d'arrosage, il tend a tendre le tuyau qui est enroule

En effet, c'est le phénomène de magnétostriction qui joue sur la géométrie de la bobine, mais aussi sur le diamètre du fil. Il y a bien deux composantes du champs magnétique appliqué: une qui est constante et qui sert à lever la dégénerescence sur les niveaux de spin du proton, et l'autre qui est variable et permet de changer la valeur de l'énergie de transition d'un état de spin du proton a un autre. C'est l'effet de cette dernière composante associée à scan en fréquence de la mesure d'absorption en radiofréquence qui permet à la finalité de faire le scan en tranche, chaque tranche correspondant à une valeur de champs magnétique

Je pense que le choix des matériaux pour les IRM est assez limité, car il n'y a pas que la température qui définit un état supraconducteur, mais aussi la value du courant appliqué (et donc la valeur du champs généré). Au delà d'une valeur critique de champs ou de courant le matériau perdra ses propriétés supraconductrices, même à la température de l'hélium liquide - ce qui entrainera quelques brulures aux métaux fondus sur la patient, qui risque de ne pas trop apprécier

Max a écrit:

- ce qui entrainera quelques brulures aux métaux fondus sur la patient, qui risque de ne pas trop apprécier

Non mais ca fera plaisir au collègue dermatologue. C'est le grand cercle de la médecine ;-)

Bah, vu les intensités en jeu ça se vaporisera instantanément

pas très bon pour les poumons tout cela, et bonjour le bronzage express! A mon avis il y aurait quelques plaintes...

On devrait bientôt passer de l'hélium liquide à l'azote liquide pour pas mal d'appareils utilisant la supraconductivité. On voit même apparaitre de nouveaux usages : Une ville alimentée par un câble supraconducteur de 1 km de long

Le câble supraconducteur développé récemment pour le projet « AmpaCity » a passé avec succès les tests d’homologation

Citation :

Une double première mondiale dans le centre-ville d’Essen

Le câble concentrique triphasé de 10 kV mis en œuvre pour le projet AmpaCity constituera la plus longue liaison supraconductrice au monde. L’association d’un câble supraconducteur et d’un limiteur de courant supraconducteur représente elle aussi une première. Ce limiteur, fabriqué par l’unité Nexans de Hürth en Allemagne, protège le réseau et le câble des surcharges causées par les courants de court-circuit, en les empêchant de se propager au reste du réseau.

Les câbles supraconducteurs offrent une solution qui évite de prolonger les réseaux à haute tension jusque dans le centre des villes; leur utilisation permettrait de supprimer des postes transformateurs qui consomment beaucoup de ressources et de terrains.

...

La supériorité technique des câbles supraconducteurs est due aux propriétés du matériau constituant le conducteur. A des températures avoisinant -200°C, le matériau se transforme en un conducteur électrique quasi parfait, capable de transporter au moins 100 fois plus d’électricité que le cuivre. La température de fonctionnement requise peut être obtenue sans peine par un refroidissement avec de l’azote liquide, également employé à cette fin dans de nombreuses autres applications industrielles. Malgré son isolation thermique, le câble supraconducteur offre une capacité de transport d’électricité cinq fois supérieure à celle d’un câble en cuivre de même diamètre total, avec des pertes électriques bien moindres.

Une technologie efficace qui va vite concurrencer les solutions classiques

Les supraconducteurs à haute température, tels que ceux utilisés par le projet AmpaCity dans le câble et le limiteur de courant, sont prêts à être déployés dans des applications électriques depuis quelques années déjà. Selon les prévisions des experts, ces systèmes de câbles innovants seront bientôt en mesure de concurrencer les solutions à base de cuivre, y compris du point de vue économique. Ils présentent un intérêt partout où une grande quantité d’énergie électrique doit être transportée dans un espace restreint. Grâce à leurs propriétés spécifiques et à leurs pertes électriques réduites au minimum, les systèmes supraconducteurs sont considérés par le Ministère fédéral allemand de l’Economie et de la Technologie (BMWi) et au sein du consortium conduit par RWE Deutschland AG, comme un élément clé de la fourniture d’énergie dans le futur.

D'après la page allemande consultée, le courant ne générerait pratiquement aucun champ magnétique.
Il serait également intéressant de connaitre la quantité d'azote liquide consommé et le côut en Euros mais aussi en énergie pour le produire.
La mise en service est planifiée pour 2014, on devrait en savoir plus assez vite.

-200°C haute température, ils sont fous ces physiciens!