03 novembre 2008
Examen de passage réussi pour le futur aimant de Neurospin

L’aimant Iseult de 11,75 T corps entier qui devrait être installé à Neurospin en 2012 repoussera les limites de l'imagerie cérébrale. La réussite de ce projet franco-allemand passe par le développement de la station d’essai Seht qui enregistre ses premiers succès avec une première montée au champ nominal de 8 teslas début Octobre 2008

 

 

 Qu’est ce que le projet Iseult ?

 

 

La technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de diagnostic et de recherche pour les neurosciences. Dans ce contexte, le centre Neurospin accueillera en 2012 un imageur par résonance magnétique IRM de 11,75 teslas avec une ouverture de 90 cm de diamètre permettant le passage du corps entier d’un patient.


Aujourd’hui aucun industriel n’est en mesure de réaliser seul cet aimant. Le Service des accélérateurs de cryogénie et de magnétisme (SACM) et le Service d’ingénierie des systèmes (SIS) de l’Irfu ont relevé ce défi technologique qui conduira à construire l’aimant ayant le plus haut champ pour faire de l’imagerie IRM corps entier au monde. Ce saut technologique pour l’imagerie moléculaire combiné à de nouveaux agents de contrastes pharmaceutiques permettront de progresser dans la connaissance du cerveau tant sur le point fondamental des sciences cognitives que sur le diagnostic des maladies neurodégénératives en améliorant la résolution des images d’un facteur 10.

 

Le développement d’Iseult s’intègre dans un projet franco-allemand en collaboration avec des industriels majeurs du secteur, Guerbet, Siemens Medical Solutions et Alstom MSA.

 

 

 
Examen de passage réussi pour le futur aimant de Neurospin

Aimant Seht: Empilement de 120 galettes

Les défis d’Iseult
 
 
L’aimant Iseult comporte un certain nombre de caractéristiques qui le distinguent des aimants d’IRM conventionnels. Les difficultés de réalisation peuvent être déclinées selon cinq grands facteurs :

1. grande intensité de champ (intensité de 11,75 T, soit plus de 200 000 fois le champ magnétique terrestre),
2. grand volume utile (imagerie du corps entier et plus spécifiquement du cerveau, soit un volume de quelques litres environ à comparer à l’autre système d’imagerie déjà installé dans les bâtiments de NeuroSpin produisant un champ de 17 T mais dans un volume cent fois plus petit),
3. stabilité temporelle (obtenir un champ magnétique qui ne varie pas plus que d'un milliardième de tesla durant 10 minutes),
4. homogénéité du champ de 5.10 -8 T sur le volume d’étude que représente le cerveau du patient,
5. confinement du champ magnétique dans la salle d’expérience (blindage actif par un second bobinage).
 
 
Examen de passage réussi pour le futur aimant de Neurospin

Schéma de la station d’essais

Qu’est ce que la station d'essais SEHT? 

 

Pour apprendre à maîtriser ces difficultés, les solutions proposées réclament un plan de développement adapté comprenant, entre autres, la réalisation de prototypes et de stations d’essais spécifiques.

Un ancien aimant de 8 T utilisé au Laboratoire des champs magnétiques intenses (LCMI) de Grenoble) a été intégré dans un nouveau cryostat afin de réaliser des tests. Ce prototype appelé Seht (Station d’essais huit teslas) est conçu avec la même technique de bobinage et le même système de refroidissement qui seront utilisés sur Iseult. Avec son haut champ et son diamètre utile de 587 mm, cet aimant a été spécialement instrumenté pour permettre d’étudier en détails les étapes clés des phénomènes fondamentaux liés à la supraconductivité (installation à l’intérieur des canaux de refroidissement du bobinage de capteurs de pression froids, capteurs de température, de bobines de flux, de chaufferettes permettant de faire transiter l’aimant de l’état supraconducteur vers un état résistif ).

 
Examen de passage réussi pour le futur aimant de Neurospin

Données comparatives des aimants Seht(en noir)/ Iseult

 Les premiers résultats sont là !

 

La mise en froid et la montée au champ nominal de Seht ont été entreprises avec succès le 1/10 /2008

La mise en froid a été effectuée en faisant d’abord circuler de l’azote liquide dans les écrans thermiques,puis de l’hélium gaz à très basse température dans un circuit dédié de pré-refroidissement et par un remplissage final en hélium liquide du réservoir contenant l’aimant. La montée au courant nominal de 887 A s’effectue en 74 mn environ à 0.2 A/s.

Un premier test de quench (transition brutale de l’état supraconducteur à l’état normal) a été provoqué à l’aide d’une chaufferette située à l’intérieur d’un canal en dissipant 25 W pendant 1.7 secondes.


Il a été alors enregistré une montée uniforme de pression de 140 mbars de tous les capteurs installés dans le bain ou les canaux. Corrélativement les températures sont montées de 1.8 K à une température proche mais toujours inférieure à 2.17 K, température de transition de l’hélium normal/hélium superfluide. La décharge complète de l’énergie stockée dans l’aimant suite à la détection de quench s’effectue en 1mn environ.

 

 
Examen de passage réussi pour le futur aimant de Neurospin

Vue aérienne de la station d’essais Seht

Le devenir de la station d’essai :

 

Dans le cadre du projet Iseult, la station Seht permettra de faire une étude détaillée de thermo hydraulique en provoquant plusieurs quenchs à différentes températures initiales du bain et différents courants afin d’établir des codes de calcul prédictifs de ce genre de phénomène. Après des tests de stabilité et du comportement mécanique du conducteur, un prototype échelle 1 en diamètre de l’aimant final sera connecté à cette station d’essai afin d’effectuer une validation complète du projet, avant la construction de l’aimant Iseult pour Neurospin

 

Pour l’avenir, l’Irfu possédera un instrument de grand intérêt scientifique et technologique permettant des tests dans un champ magnétique important dans un grand volume utile.

En complément de son utilisation pour le projet Iseult, ce prototype deviendra une station d’essai pour tout type d’étude de matériau ou matériel dans un environnement à haut champ (détecteur de particules fonctionnant dans un environnement magnétique, par exemple)

 

Auteur:

Philippe CHESNY

 

Contact:

Pierre VEDRINE

 

 

 

 

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Maj : 16/03/2010 (2510)

 

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