BE1019411A4 - Moyen de modification du profil de champ magnetique dans un cyclotron. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport "charge sur masse" (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport "charge sur masse" (q/m)' inférieur audit premier rapport "charge sur masse" (q/m), ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant: - un éléctroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées "collines" et de zones à entrefer large appelées "vallées", de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan median; ...
Description
Moyen de modification du profil de champ magnétique
DANS UN CYCLOTRON
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à un cyclotron et à un procédé de modification du profil de champ magnétique dans le cyclotron en fonction du rapport « charge sur masse » d'une particule à accélérer.
Arrière-plan technologique et état de la technique
[0002] Les cyclotrons sont des accélérateurs circulaires permettant d’accélérer des particules chargées telles que des ions positifs (protons, deutons, hélions, particules alpha, etc.) ou des ions négatifs (H-, D-, etc.), qui sont utilisées entre autres pour la production d’isotopes radioactifs, pour la radiothérapie, ou à des fins expérimentales. Un cyclotron de type isochrone comprend généralement : un électroaimant comprenant un pôle supérieur et un pôle inférieur, disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian, perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun des dits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit couramment appelées « collines » et de zones à entrefer large couramment appelées « vallées » ; des retours de flux pour fermer ledit circuit magnétique ; - une bobine d'induction principale pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles.
[0003] Un exemple de cyclotron de type isochrone est décrit dans le document BE1009669. Dans un cyclotron isochrone, le profil du champ magnétique doit être tel que la fréquence de rotation des particules soit constante et indépendante de leur énergie. Pour compenser l'accroissement de masse relativiste des particules le champ magnétique moyen doit augmenter avec le rayon pour assurer cette condition d'isochronisme. Pour décrire cette relation, on définit l'indice de champ par la relation suivante (1) :
(1) où dB/B et dR/R sont respectivement les variations relatives du champ magnétique B et du rayon au rayon R. L'augmentation de l'intensité du champ magnétique s'effectue suivant une loi donnée par l'équation (2) :
(2) où B (R) est le champ magnétique moyen autour d'un cercle de rayon R ; B0, le champ magnétique au centre du cyclotron ; q, la charge de la particule ; mi, la masse au repos ; et c, la vitesse de la lumière.
Dans la suite du texte, nu sera considérée en première approximation comme la masse de la particule m donnée par le produit du nombre de masse A par la masse des nucléons mN.
[0004] Dans certains cyclotrons isochrones, les secteurs sont usinés de manière à accélérer un type de particule de rapport « charge sur masse » q/m bien précis. Par exemple un cyclotron dont les secteurs sont usinés pour accélérer des particules de rapport « charge sur masse » q/m = ^ peut accélérer des particules alpha, des deutons D', des HH+, 6Li3+, 10B5+ ou 12C6+ ou d'autres particules du même rapport q/m = L'accélération d'un autre type de particules de rapport q/m = 1 requiert l'usage d'un autre cyclotron dont les secteurs sont usinés pour l'accélération de ce type de particules.
[0005] Il est néanmoins possible dans un cyclotron isochrone de passer d'un premier profil de champ magnétique permettant d'accélérer un premier type de particules à un deuxième profil de champ magnétique pour accélérer un deuxième type de particules, où grâce à des bobines annulaires concentriques de correction de champ magnétique disposées à la surface des pôles selon une répartition bien précise, chacune desdites bobines concentriques étant reliée à un générateur de courant spécifique afin d'induire le champ magnétique additionnel nécessaire. Un exemple d'un tel dispositif sont décrits dans le document US 3,789,355. Néanmoins, le nombre de bobines chacune reliée à un générateur de courant spécifique, la répartition de ces bobines et le courant à appliquer dans chaque bobine pour obtenir le champ magnétique désiré compliquent la réalisation et l'utilisation de ce genre de cyclotrons.
[0006] D'autres cyclotrons, comme le Cyclone 18/9 d'IBA, ont été conçus de manière à pouvoir accélérer différents types d'ions caractérisés par leur rapport « charge sur masse » q/m différent. Le cyclone 18/9 peut accélérer des protons (q/m = 1) à une énergie de 18MeV et des deutons (q/m =1/2) à une énergie de 9MeV. Le profil de champ magnétique isochrone doit être adapté selon le type de particules à accélérer. La figure 1 montre les profils de champs magnétiques moyens <B> en fonction du rayon moyen <R> de la particule dans le cyclotron pour l'accélération de particules de rapport q/m égal à 1 et de particules de rapport « charge sur masse » q/m égal à M. En vertu de l'équation (2), pour un même rayon moyen de la particule dans le cyclotron, le champ magnétique moyen doit être plus important pour l'accélération de protons que pour l'accélération de deutons. Dans le cas des Cyclone 18/9 et Cyclone 30/15 d'IBA, un moyen mécanique supporte des plaques ferromagnétiques qui s'étendent, dans deux vallées opposées, d'une zone proche du centre du cyclotron vers la périphérie du cyclotron. Pour l'accélération de protons, ledit moyen mécanique positionne lesdites plaques ferromagnétiques à proximité du plan médian du cyclotron afin de fournir un champ additionnel permettant d'obtenir le profil de champ magnétique isochrone requis. Pour l'accélération de deutons nécessitant un profil de champ magnétique moyen différent en fonction du rayon moyen, lesdites plaques· ferromagnétiques sont éloignés par rapport au plan médian de manière à diminuer ou supprimer l'intensité du champ magnétique additionnel et à obtenir le profil de champ magnétique isochrone requis pour l'accélération de deutons.
[0007] Dans le cas des cyclotrons de basse énergie, les corrections à effectuer sur le champ magnétique pour passer d'un profil de champ magnétique destiné à l'accélération de particules de rapport q/m = M à un profil de champ magnétique destiné à l'accélération de particules de rapport q/m = 1 ne nécessitent pas l'application d'un champ magnétique additionnel trop important. On considère en première approximation, que pour l'accélération de protons, le profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen varie en augmentant d'environ 1% par « pas » de 10 MeV. Le profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen augmente d'environ 0.5% par pas de 10 MeV pour le cas des deutons. Par exemple, pour un cyclotron 10/5 capable d'accélérer des protons à une énergie de lOMeV et des deutons à une énergie de 5 MeV, la variation du champ magnétique moyen du centre du cyclotron . à l'extrémité des pôles est de 1% pour le proton et de 0.25% pour le deuton. Dans ce cas, lesdites plaques ferromagnétiques telles qu'employées dans les Cyclone 18/9 et Cyclone 30/15 suffisent à produire le champ magnétique additionnel nécessaire pour l'accélération de protons. Si l'on souhaite concevoir un cyclotron capable d'accélérer des protons à 70MeV et des deutons à 35 MeV, la variation du profil de champ magnétique moyen du centre du cyclotron vers l'extrémité des pôles devrait être d'environ 7% pour l'accélération de protons et de 1,75% pour l'accélération de deutons. Pour l'accélération de deutons, la variation du profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen ne nécessite qu'un usinage adéquat des secteurs, c'est-à-dire, un élargissement azimutal des collines à proximité des extrémités des pôles. Si cette solution pour l'accélération des deutons pose peu de problèmes au niveau de la réalisation, en revanche pour l'accélération de protons, lesdites plaques ferromagnétiques doivent pouvoir produire suffisamment de champ magnétique additionnel pour obtenir le profil désiré de champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen. Lesdites plaques ferromagnétiques ne permettent pas de produire un champ magnétique additionnel suffisamment important pour assurer l'isochronisme. D'autre part, le volume compris entre deux collines ne permet pas un élargissement azimutal desdites plaques ferromagnétiques dans le but de créer le champ magnétique additionnel.
[0008] Le document « Magnetic field design and calculation for the IBA C70 cyclotron » S. Zaremba et al., Cyclotrons and their applications 2007, Eighteenth International Conference, pages 75-77, décrit le développement d'un cyclotron isochrone nommé C70 ou Cyclone 70, capable d'accélérer 4 types de particules : des protons (q/m = 1) et des particules alpha (q/m = 1/2) à une énergie de 70MeV, ainsi que des deutons (q/m =1/2) et des HH+ (q/m =1/2) à une énergie de 35 MeV. Ce document explique les différentes solutions qui ont été envisagées afin d'obtenir un cyclotron pouvant fonctionner selon deux champs magnétiques isochrones différents de manière à accélérer un type de particules de rapport q/m souhaité. Ce cyclotron C70 comprend des collines divisées en trois parties superposées et parallèles au plan médian : une première partie éloignée du plan médian formant la base de la colline ;
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- une seconde partie centrale formant un pôle autour duquel sont enroulées des bobines de correction avec une distribution précise et ; - une troisième partie, la plus proche du plan médian, étant une plaque de blindage des bobines de correction.
[0009] Cette configuration de collines est néanmoins compliquée et nécessite un alignement très précis desdites trois parties ainsi qu'une répartition des bobines bien précise. Un vide poussé étant nécessaire à l'intérieur du cyclotron, en particulier pour l'accélération de particules chargées négativement, l'assemblage doit pouvoir supporter des variations de pressions importantes, sans que cela n'occasionne de désajustement des différentes pièces. Aussi, lors de la mise sous vide du cyclotron, des problèmes de dégazage au niveau des bobines de correction peuvent se produire, celles-ci se trouvant confinées entre la base de la colline et la plaque de blindage. Enfin il est nécessaire d'optimiser l'épaisseur de la plaque de blindage afin que la fraction de flux magnétique utile à l'accélération des particules dans l'entrefer soit suffisante tout en gardant une certaine rigidité mécanique de ladite plaque.
[0010] L'objet de la présente invention est de fournir un cyclotron capable d'accélérer des types de particules de rapport « charge sur masse » q/m différents, ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur.
[0011] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil du champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer, ledit moyen permettant une réalisation plus simple que les moyens de l'art antérieur.
[0012] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil du champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer, ledit moyen pouvant produire suffisamment de champ magnétique additionnel dans le cas de cyclotrons de moyenne à haute énergie.
[0013] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil de champ magnétique ne perturbant pas le vide interne du cyclotron.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0014] La présente invention concerne un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m), ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » et de zones à entrefer large appelées « vallées », de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan médian ; des retours de flux pour fermer ledit circuit magnétique ; - une bobine d'induction principale pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles ; un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport « charge sur masse » des particules à accélérer, caractérisé en ce que ledit moyen de modification du profil de champ magnétique comprend : - une pièce ferromagnétique présente dans une desdites vallées et s'étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules du premier faisceau ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) ; - un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique, de manière à accélérer les particules du deuxième faisceau ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
[0015] De préférence, le cyclotron selon la présente invention comprend : - une première partie, s'étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; - une seconde partie comprenant un pilier réalisé en un matériau ferromagnétique soutenant ladite première partie.
[0016] Avantageusement, le cyclotron selon la présente invention comprend des moyens de correction du profil de champ magnétique situés dans deux vallées opposées.
[0017] De préférence, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend : - une ouverture située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique ou dudit pilier ; - un dispositif mécanique permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m).
[0018] Avantageusement, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend : - une bobine d'induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale et connectée à un moyen d'alimentation électrique permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s'opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale.
[0019] De manière avantageuse, ladite bobine d'induction secondaire entoure ledit pilier.
[0020] La présente invention se rapporte également à un procédé de correction du profil de champ magnétique dans un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m), ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » et de zones à entrefer large appelées « vallées », de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan médian ; des retours de flux pour fermer ledit circuit magnétique ; - une bobine d'induction principale pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles ; - un moyen de correction du profil de champ magnétique selon le rapport q/m du type de particule à accélérer, caractérisé en ce que l'on prévoit un moyen de correction du profil du champ magnétique comprenant : - une pièce ferromagnétique comprise dans une desdites vallées et s'étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules du premier faisceau ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) ; - un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique, de manière à accélérer les particules du deuxième faisceau ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
[0021] De préférence, ladite pièce ferromagnétique comprend : - une première partie, s'étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; - une seconde partie comprenant un pilier réalisé en un matériau ferromagnétique et soutenant ladite première partie.
[0022] Avantageusement, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend : une ouverture située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique ou dudit pilier; - un dispositif mécanique permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m).
[0023] De préférence encore, pour ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique, l'on prévoit : - une bobine d'induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale et connectée à un moyen d'alimentation électrique permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s'opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale.
[0024] Avantageusement, l'on règle ou ajuste l'intensité de courant dans ladite bobine d'induction secondaire en fonction du rapport « charge sur masse » de la particule à accélérer.
[0025] De manière davantage préférée, le procédé selon l'invention comprend l'étape de production d'un premier faisceau de particules accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) au moyen dudit cyclotron, sans appliquer de courant dans ladite bobine d'induction secondaire, ou production d'un deuxième faisceau de particules définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' au moyen dudit cyclotron en appliquant un courant dans ladite bobine d'induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s'opposant audit champ d'induction principal, le premier rapport « charge sur masse » (q/m) étant supérieur au deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
[0026] De préférence encore, le procédé selon l'invention comprend l'étape d'application d'un courant dans ladite bobine d'induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s'opposant audit champ induction principal si l'on passe de l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) à 1'accélération- d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)', ou fermeture du passage du courant dans ladite bobine d'induction secondaire si l'on passe de l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' à l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le rapport « charge sur masse » (q/m).
[0027] De manière préférée, l'on accélère un faisceau de particules sur une cible comprenant un précurseur de radioisotope.
[0028] La présente invention concerne également l'utilisation dudit procédé ou dudit cyclotron pour la production de radioisotope.
Description des figures
[0029] La figure 1 représente le profil du champ magnétique moyen <B> à appliquer dans un cyclotron isochrone en fonction du rayon moyen <R> de la particule, pour l'accélération de protons et de deutons.
[0030] La figure 2 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
[0031] La figure 3 représente une vue schématique en coupe selon le plan médian d'un cyclotron selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
[0032] La figure 4 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
[0033] La figure 5 représente une vue tridimensionnelle d'une partie d'un cyclotron selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.
[0034] La figure 6 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.
Description détaillée de l'invention
[0035] Le dispositif de la présente invention est un cyclotron apte à produire un faisceau de particules chargées accélérées définies par un rapport « charge sur masse » (q/m) ou un faisceau de particules accélérées définies par un rapport « charge sur masse » (q/m)' inférieur audit rapport « charge sur masse » (q/m). Ledit cyclotron est apte à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m), par exemple, égal à 1, comme des protons, ou des particules de rapport (q/m)' égal à comme des particules alpha, des deutons, des HH+ des 6Li3+, des 10B5+ ou des 12C6+ ou d'autres particules de même rapport (q/m)' = M. Ledit cyclotron selon la présente invention est représenté aux figures 2 à 6. Ledit cyclotron comprend un circuit magnétique comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian 13 perpendiculaire à l'axe central 12 du cyclotron, et séparés par un entrefer 14 prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » 5 et de zones à entrefer large appelées « vallées » 4 ; des retours de flux 7 pour fermer ledit circuit magnétique ; une bobine d'induction principale 6 pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer 14 entre lesdits pôles et; un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer.
[0036] Ledit cyclotron est caractérisé en ce que ledit moyen de modification du profil de champ magnétique comprend : une pièce ferromagnétique 2, généralement réalisée en fer doux, présente dans une desdites vallées 4 et s'étendant d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique 2 formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ; un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique 2, de manière à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m)'.
[0037] Dans ledit moyen de modification du profil de champ magnétique, ladite pièce ferromagnétique 2 peut prendre différentes formes tant qu'une partie ou la totalité de celle-ci s'étend du centre vers la périphérie du cyclotron. Par exemple, ladite pièce ferromagnétique 2 peut comprendre : une première partie s'étendant du centre vers la périphérie du cyclotron, formant un entrefer et; une seconde partie comprenant un pilier ferromagnétique 3, connecté aux retours de flux 7 et supportant ladite première partie.
[0038] Ledit cyclotron peut comprendre par exemple deux moyens de modification du profil de champ magnétique situés dans des vallées 4 opposées. Deux autres vallées opposées comprennent des électrodes d'accélération couramment appelées « dés » (non représentées).
[0039] Par exemple, ledit cyclotron peut comprendre quatre collines 5, chacune de ces collines 5 étant séparées les unes des autres par des vallées 4. Dans cet exemple non limitatif de la présente invention, les secteurs du cyclotron sont arrangés selon une symétrie d'ordre 4, avec deux vallées 4 opposées comprenant ledit moyen de modification du champ magnétique et deux autres vallées comprenant les dés.
[0040] Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, ledit moyen permettant de diminuer la contribution du champ magnétique additionnel comprend : une ouverture 15 située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique 2 ou dudit pilier 3 et ; un dispositif mécanique 16 permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique 2 du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique 2 du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m).
[0041] Dans un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, ledit moyen permettant de diminuer la contribution du champ magnétique additionnel comprend une bobine d'induction secondaire 1 disposée autour de ladite pièce ferromagnétique 2 de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale 6. Ladite bobine d'induction secondaire 1 est reliée à un dispositif d'alimentation électrique 11 permettant de faire passer un contre courant induisant un champ magnétique s'opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine d'induction principale 6.
[0042] Dans un troisième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 5 et 6, ladite pièce ferromagnétique 2 comprend : une première partie s'étendant du centre vers la périphérie du cyclotron, formant un entrefer et; une seconde partie comprenant un pilier ferromagnétique 3, connecté aux retours de flux 7 et supportant ladite première partie, ladite bobine d'induction secondaire 1 entourant ledit pilier 3 et est disposée de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale 6.
[0043] Afin d'éviter une surchauffe due au passage de courant dans la bobine d'induction secondaire 1, celle-ci peut être entourée par un élément réfrigérant (non représenté) permettant son refroidissement. Ladite bobine d'induction secondaire 1 peut être entourée d'une armature métallique permettant d'éviter des problèmes de dégazage au niveau des spires de lorsque le vide est créé dans le cyclotron.
Exemple d'utilisation de la présente invention
[0044] Dans un cyclotron isochrone selon la présente invention, il est possible de sélectionner un type de particule de rapport « charge sur masse » q/m à accélérer comme par exemple des protons (q/m = 1) ou des deutons (q/m = ^) , d'autres particules pouvant être également accélérées. Dans le cas non limitatif d'un cyclotron isochrone capable d'accélérer des protons à une énergie de 70 MeV, la position de ladite pièce ferromagnétique 2 dans deux vallées opposées, influence les lignes de flux du champ magnétique induit par ladite bobine d'induction principale 6 et fournit un champ magnétique additionnel permettant d'obtenir le champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération des protons. Si l'on souhaite avec ce même cyclotron accélérer des deutons ou d'autres particules de rapport « charge sur masse » égal à % à une énergie de 3 5 MeV, le profil du champ magnétique doit être modifié de manière à obtenir un profil de champ magnétique isochrone tel que montré à la figure 1. On doit donc diminuer le champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique 2. Cela peut se faire en appliquant dans ladite bobine d'induction secondaire 1 un contre-courant créant un champ magnétique s'opposant au champ magnétique principal induit par ladite bobine d'induction principale 6, de manière à obtenir le champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération de deutons ou de particules de rapport « charge sur masse » égal à ¾ . Ces rapports « charge sur masse » de 1 et ^ ne constituent pas une limitation de la présente invention et d'autres rapports « charge sur masse » peuvent être considérés.
[0045] La présente invention permet d'éviter d'avoir recours à un système de bobinage et d'usinage complexe au niveau des secteurs. Les deuxième et troisième modes de réalisation de la présente invention permettent d'éviter le recours à un système mobile pour passer d'un champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération d'un type de particules de rapport « charge sur masse » q/m à un autre. Un autre avantage substantiel des deuxième et troisième modes de réalisation de la présente invention est que dans le cas d'un usinage des pôles approximatif, il est toujours possible de corriger le champ magnétique en faisant varier le courant dans la bobine d'induction secondaire 1 de manière à obtenir le champ magnétique isochrone désiré avec une bonne précision.
[0046] La présente invention peut être utilisée pour accélérer des particules de rapport q/m sur une cible pour la production de radio-isotopes. Par exemple, dans une première utilisation, ledit cyclotron peut être utilisé pour accélérer des particules de rapport « charge sur masse » q/m égal à 1, comme par exemple des protons sur une cible comprenant un précurseur de radio-isotope. Dans une seconde utilisation, le champ magnétique dans ledit cyclotron peut-être modifié de manière à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ' égal à M, comme par exemple des deutons, sur une cible comprenant un précurseur de radio-isotope.
Liste des éléments : 1 bobine d'induction secondaire 2 pièce métallique 3 pilier 4 vallée 5 colline 6 bobine d'induction principale 7 retour de flux 9 trou de pompage 11 moyen d'alimentation électrique.
12 conduit central 13 plan médian 14 entrefer 15 ouverture 16 moyen mécanique
Claims (15)
1. Cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m), ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian (13) perpendiculaire à l'axe central (12) du cyclotron, et séparés par un entrefer (14) prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » (5) et de zones à entrefer large appelées « vallées » (4), de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan médian (13); des retours de flux (7) pour fermer ledit circuit magnétique ; une bobine d'induction principale (6) pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer (14) entre lesdits pôles ; un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport « charge sur masse » des particules à accélérer, caractérisé en ce que ledit moyen de modification du profil de champ magnétique comprend : une pièce ferromagnétique (2) présente dans une desdites vallées (4) et s'étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique (2) formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules du premier faisceau ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) ; un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2) , de manière à accélérer les particules du deuxième faisceau ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
2. Cyclotron selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce ferromagnétique (2) comprend : une première partie, s'étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; une seconde partie comprenant un pilier (3) réalisé en un matériau ferromagnétique soutenant ladite première partie.
3. Cyclotron selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens de correction du profil de champ magnétique situés dans deux vallées (4) opposées.
4. Cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2) comprend : une ouverture (15) située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique (2) ou dudit pilier (3); un dispositif mécanique (16) permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique (2) du plan médian (13) lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m).
5. Cyclotron selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2) comprend : une bobine d'induction secondaire (1) disposée autour de ladite pièce ferromagnétique (2) de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale (6) et connectée à un moyen d'alimentation électrique (11) permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s'opposant au champ magnétiqpe induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale (6).
6. Cyclotron selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite bobine d'induction secondaire (1) entoure ledit pilier (3 ) .
7. Procédé de correction du profil de champ magnétique dans un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m), ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian (13) perpendiculaire à l'axe central (12) du cyclotron, et séparés par un entrefer (14) prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » (5) et de zones à entrefer large appelées « vallées » (4) , de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan médian (13); des retours de flux (7) pour fermer ledit circuit magnétique ; une bobine d'induction principale (6) pour créer un champ d'induction principal essentiellement constant dans l'entrefer (14) entre lesdits pôles ; - un moyen de correction du profil de champ magnétique selon le rapport q/m du type de particule à accélérer, caractérisé en ce que l'on prévoit un moyen de correction du profil du champ magnétique comprenant : une pièce ferromagnétique (2) comprise dans une desdites vallées (4) et s'étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique (2) formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée (4), de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules du premier faisceau ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) ; un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2) , de manière à accélérer les particules du deuxième faisceau ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite pièce ferromagnétique (2) comprend : une première partie, s'étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; une seconde partie comprenant un pilier (3) réalisé en un matériau ferromagnétique et soutenant ladite première partie.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2) comprend : une ouverture (15) située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique (2) ou dudit pilier (3) ; un dispositif mécanique (16) permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m).
10. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que pour ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique (2), l'on prévoit : une bobine d'induction secondaire (1) disposée autour de ladite pièce ferromagnétique (2) de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale (6) et connectée à un moyen d'alimentation électrique (11) permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s'opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale (6).
11. Procédé selon la revendication 10 , caractérisé en ce que l'on règle ou ajuste l'intensité de courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) en fonction du rapport « charge sur masse » de la particule à accélérer.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11 comprenant l'étape suivante: o production d'un premier faisceau de particules accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) au moyen dudit cyclotron, sans appliquer de courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1), ou production d'un deuxième faisceau de particules définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' au moyen dudit cyclotron en appliquant un courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) de manière à induire un champ magnétique s'opposant audit champ d'induction principal, le premier rapport « charge sur masse » (q/m) étant supérieur au deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)'.
13. Procédé selon la revendication 10 comprenant l'étape suivante : o application d'un courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) de manière à induire un champ magnétique s'opposant audit champ induction principal si l'on passe de l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) à l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)', ou fermeture du passage du courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) si l'on passe de l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' à l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le rapport « charge sur masse » (q/m).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'on accélère un faisceau de particules sur une cible comprenant un précurseur de radioisotope.
15. Utilisation du procédé ou du cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la production de radioisotope.
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