114年:放射診斷(2)
下列何者可做為超導磁鐵的超導材料？
A鈷（cobalt）、鎳（nickel）
B鐵（iron）、鉑（platinum）
C鋯（zirconium）、錸（rhenium）
D鈮（niobium）、鈦（titanium）
詳細解析
本題觀念：
本題測驗磁振造影（MRI）設備中，主磁體（Main magnet）所使用的超導材料（Superconducting materials）種類。 在臨床 MRI 設備中，為了產生高強度且極度穩定的靜磁場（），絕大多數會採用超導磁體。超導磁體必須在極低的溫度下運作（即低於其「臨界溫度」），此時材料的電阻會降為零，使大電流能夠在線圈中無損耗地持續流動，進而產生強大且穩定的磁場。
選項分析
- A. 鈷（cobalt）、鎳（nickel）：錯誤。鈷與鎳屬於鐵磁性（Ferromagnetic）物質，會被磁場強烈吸引，且具有剩磁特性，並不具備臨床 MRI 所需的超導特性。在 MRI 環境中，鐵磁性物質甚至會造成嚴重的假影及射彈效應（Missile effect）危險。
- B. 鐵（iron）、鉑（platinum）：錯誤。鐵同屬強烈的鐵磁性物質；而鉑屬於順磁性（Paramagnetic）物質。兩者皆非超導磁體的製作材料。
- C. 鋯（zirconium）、錸（rhenium）：錯誤。雖然自然界中有許多元素在接近絕對零度時具有超導現象，但鋯與錸的合金並非 MRI 工業上用於製造超導磁體的標準材料。
- D. 鈮（niobium）、鈦（titanium）：正確。鈮鈦合金（Niobium-titanium, NbTi） 是目前最成熟且被最廣泛應用於臨床 MRI 超導磁體的材料。NbTi 屬於第二型超導體（Type II superconductor），其臨界溫度（Critical temperature）約為 9.4 K 至 10 K。它不僅能承受臨床所需的高磁場，且具有良好的延展性與機械加工性，適合抽成極細的線材以纏繞成磁體線圈。
答案解析
臨床 MRI 最常使用的超導材料為 鈮鈦合金（NbTi）。在實際構造中，NbTi 會被製成極細的微絲，並包埋在銅基質（Copper matrix）中製成超導線。銅基質的作用在於提供機械支撐，且當磁體發生「失超（Quench）」（即意外失去超導狀態，電阻瞬間恢復）時，銅可以作為低電阻的備用電流通道，避免大量熱能瞬間集中燒毀超導線圈。 為了使 NbTi 維持在超導狀態，MRI 設備會使用液態氦（Liquid Helium，沸點 4.2 K）將超導線圈冷卻至其臨界溫度（約 9.4 K）以下。因此，結合題目選項，鈮（niobium）與鈦（titanium）是做為超導磁體材料的最佳解答。
核心知識點
準備醫事放射師國考時，對於 MRI 設備硬體應掌握以下核心知識：
- 超導材料：
- 臨床 1.5 T 與 3.0 T MRI 最常用的材料為 鈮鈦合金（NbTi）。
- 對於 7.0 T 甚至 10 T 以上的超高場強 MRI 或核磁共振光譜儀，則常使用臨界磁場更高的 鈮錫合金（Nb3Sn）。
- 冷卻系統與臨界溫度：
- NbTi 的臨界溫度約為 9.4 K，需依賴 液態氦（Liquid Helium，4.2 K） 進行冷卻，並放置於低溫恆溫器（Cryostat）中。
- 失超（Quench）機制與保護：
- 當超導磁體溫度高於臨界溫度，電阻瞬間恢復，液態氦會大量沸騰氣化並向外排出。
- 超導線外層的 銅基質（Cu core/matrix） 在失超時能發揮保護作用，避免線圈因高溫損毀。
- 物質的磁性分類：
- 鐵磁性（Ferromagnetic）：鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）。這類物質嚴禁帶入 MRI 檢查室。