Một phương pháp mới sử dụng khí Helium thay vì Helium lỏng trong việc làm mát các cuộn kim loại của máy quét cộng hưởng từ (MRI) đã mở ra những hy vọng mới cho nền y học khi mà nguồn nguyên liệu Helium đang dần cạn kiệt.

Những bất cập của hệ thống cộng hưởng từ truyền thống

MRI (Magnetic Resonance Imaging)-Kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ là một phương pháp phổ biến trong y học chẩn đoán hình ảnh. MRI sử dụng một từ trường mạnh và một hệ thống phát các xung có tần số vô tuyến để điều khiển hoạt động điện từ của nhân nguyên tử, mà cụ thể là nhân nguyên tử hydro có trong phân tử nước của cơ thể, nhằm bức xạ năng lượng dưới dạng các tín hiệu có tần số vô tuyến. Dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nước khác nhau của các mô trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt được các mô đó.

Hiện nay, nam châm siêu dẫn (superconducting magnet) được sử dụng rộng rãi trong các máy cộng hưởng từ MRI. Các cuộn kim loại được đặt trong helium lỏng ( -2690 độ C). Với nhiệt độ thấp như vậy, dòng điện đi qua không có điện trở (siêu dẫn). Từ trường tạo ra ở loại này thường cao và đồng nhất. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chi phí dùng Helium làm lạnh hệ thống khá cao.

Ngoài ra, khi dùng helium lỏng để làm lạnh các nam châm, một hiện tượng khác có tên là "Nguội nhanh" (Quenching) thường xảy ra. Lúc này, những cuộn dây kim loại đột ngột dừng tính siêu dẫn và bắt đầu tỏa rất nhiều nhiệt. Cùng lúc đó, helium lỏng xung quanh các cuộn kim loại nhanh chóng bốc hơi và thoát ra khỏi máy MRI theo một hệ thống thoát hơi nước. Chính vì lý do này mà luôn cần phải lắp đặt thiết bị thoát hơi nước tại những bộ phận chứa helium lỏng.

Sử dụng khí helium thay vì helium lỏng

Helium là khí hiếm thứ hai trên trái đất. Nó không tự có trong không khí mà phải nhờ biện pháp phân rã phóng xạ. Khí Helium không thể tạo ra bằng phương pháp tổng hợp nhân tạo do đó đây là một nguồn nguyên liệu không tái tạo.

Thông thường, để làm lạnh các cuộn kim loại trong máy MRI, cần phải dùng tới 1700 lít Helium lỏng. Việc này khiến cho quá trình sản sử dụng máy MRI tiêu tốn rất nhiều Helium, yêu cầu phương pháp bảo quản và vận chuyển cầu kỳ và càng làm cho nguồn khí hiếm này trở nên cạn kiệt.

Chính vì vậy, công ty Cryogenic, Anh đã phát triển công nghệ làm lạnh các cuộn kim loại bằng cách chỉ sử dụng một lượng nhỏ khí Helium (ước tính chỉ bằng một nửa khối lượng Helium lỏng bình thường). Các cuộn kim loại này sẽ được làm lạnh thông qua việc sử dụng máy lạnh công nghiệp, thiết bị dùng điện và nước lạnh để chạy. Thiết bị này sẽ dựa trên sự nén khí và dãn nở của một lượng cố định khí Helium dưới tác động của một hệ thống nén khí kín. Khí Helium sẽ vẫn lạnh mà không cần phải hóa lỏng.

Giám đốc của công ty Cryogenic cho biết: "Trong những năm gần đây, đa số các phòng thí nghiệm đều phải cho ngừng hoạt động những nhiều thiết bị hoạt động bằng khí Helium vì sự khan hiếm của loại khí này. Cung cấp một giải pháp thay thế sẽ giúp giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn nguyên liệu."

Yến Lê (Theo Wired)