图4 被动失超保护电路1
图5 被动失超保护电路2
图6 被动失超保护电路3
加热器开始工作时，先加热自己，然后温度高于线圈表面，于是传递热量给线圈，加热线圈，加热器一边加热自身一边传递热量给线圈，当线圈失超后，一般加热器还将继续加热，无论是主动保护还是被动保护，加热器继续加热温度则继续升高，温升高则产生的热应力会造成裂化，温度过高甚至发生炭化烧坏线圈绝缘[19]，因此一般设计加热器电路时，常并若干个二极管保护来加热器[26]，如图 7，当流经加热器的电流超过某一值时，增长的电流就分流到二极管中，降低加热器的发热功率，当然这需要在保证加热器能够完成触发线圈的任务前提下。
图7 对加热器进行保护
如果绕线的骨架采用铜、铝等金属材料制成，那么当磁体失超时，空间变化的磁场会在骨架内产生感生电势。这一电势对于电阻率较低的金属材料会产生较大的涡流，涡流加热骨架使骨架温度升高并触发绕在其上的线圈失超。这一过程被称作Quench-Back[26][28]。它可以加速线圈的失超，相当于加热器的作用，它加热时几乎会使整个线圈的内表面失超（当然内表面不同位置场强不一样，失超的温度裕度也略有不同，并不一定同时失超），加速失超的作用很明显。但是一般说来，骨架产生足够大的涡流及加热自身需要一定时间，因此Quench-Back产生的时间比较晚，一般都在一秒左右甚至更长，改变其厚度一般也不会提前，不过从失超保护来讲，增加骨架内表面绝缘层厚度隔绝低温环境会有利于其温升速度。另外骨架本身也并不能吸收太多能量，因为材料电阻率很低，但是可一定程度改变超导线圈失超过程中的电流变化波形，延后峰值。有些文献说将不锈钢带绑扎于线圈外层并短接起来，既可以加固线圈又可以产生一定的Quench-Back作用。Quench-Back一般不作为主要的加速失超方式。
5.失超模拟软件
以上所述的保护电路分段、保护二极管及电阻选取、加热器尺寸及电路设计等等都要通过软件模拟物理论文，不断进行调整，以尽量得到满足磁体电流、电压、温升及应力要求的保护方案。自从上个世纪七八十年代至今，国内外已经开发了许多失超分析软件，各种失超分析软件从方法上讲大致可分为两种，第一种是有限元法，如可利用ANSYS平台自编失超分析程序[29]，又如Vector Fields公司的Opera3D-Quench失超分析软件包，它既可以应用低温超导磁体也可以应用于高温超导磁体，它可以处理复杂几何结构的磁体，有可视化三维界面等，近年来该软件得到很多应用[30][31]；第二种是基于失超扩散模型的方法，比较有名的如牛津仪器的大型数值分析软件包4QUENCH[3]，该软件可以自定义触发方式和失超位置，计算复杂电路等，另外人们还可以基于Martin Wilson的Quench软件的基本模型来自编程序以达到方便设计的目的。
总的来说有限元分析方法的问题是计算速度慢，有限元网格划分要不断调整，软件一般不够开放，比较难以进行改动。失超扩散模型的方法计算速度一般比较快，无需过于专注算法，一般也比较开放，自编程序常常采用这种方法，因此可以方便的嵌入自己需要的物理量，不断对其进行改进。
6.结论
随着超导磁体在制造NMR、MRI等核磁共振设备中得到越来越广泛的应用，超导磁体的失超保护问题也越来越受到重视。本文提出了失超保护设计中所需要考虑的几个方面，通过近些年来国内外的文献，总结并比较了一些常见的设计方法、需要注意的问题以及一些常见的失超分析软件，期望对相关科研人员提供有价值的参考和借鉴。
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