DE102006018635A1

DE102006018635A1 - Gekrümmter Strahlführungsmagnet und Bestrahlungsanlage mit einem solchen Magneten

Info

Publication number: DE102006018635A1
Application number: DE102006018635A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. Ries
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-22
Also published as: ATE506679T1; EP2011127A1; DE102006018635B4; US20090091409A1; EP2011127B1; DE502007006995D1; WO2007122025A1

Abstract

Der Strahlführungsmagnet (2) ohne ferromagnetisches Material dient zur Ablenkung eines Strahls (3) elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn (4) und weist ein Spulensystem aus mindestens sechs gekrümmten supraleitenden Einzelspulen auf, die paarweise spiegelbildlich zu einer Strahlführungsebene angeordnet sind. Dabei umfasst das Spulensystem zwei sattelförmige Hauptspulen (8, 9) und zwei flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen (10, 11) vom Rennbahntyp, die jeweils eine bananenförmig gekrümmte Zusatzspule (15) vom Rennbahntyp umschließen. Der Strahlführungsmagnet ist besonders für eine Bestrahlungsanlage vom Gantry-Typ geeignet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlführungsmagneten zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn, wobei der Magnet versehen ist

– mit einer durch die gekrümmte Teilchenbahn festgelegten Strahlführungsebene,
– mit einem die gekrümmte Teilchenbahn umschließenden gekrümmten Strahlführungsrohr, und
– mit einem dem Strahlführungsrohr zugeordneten System von in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnten gekrümmten Einzelspulen, die spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene ausgebildet und angeordnet sind. Ein entsprechender gekrümmter Strahlführungsmagnet geht z. B. aus der WO 02/069350 A1 hervor.

Die Erfindung betrifft ferner eine Bestrahlungsanlage mit einem solchen gekrümmten Strahlführungsmagneten. Eine solche Anlage ist z. B. der DE 199 04 675 A1 zu entnehmen.
Gekrümmte Strahlführungsmagnete kommen verbreitet in Teilchenbeschleunigeranlagen zu einer Ablenkung und/oder Fokussierung eines Strahls geladener Teilchen wie Elektronen oder Ionen zum Einsatz. Solche Anlagen können insbesondere auch für eine Strahlentherapie auf dem Gebiet der medizinischen Technik konzipiert sein. Eine entsprechende Therapieanlage geht aus der genannten DE 199 04 675 A1 oder der US 4,870,287 hervor. Sie umfasst eine Teilchenquelle bzw. einen Beschleuniger zur Erzeugung eines hochenergetischen Teilchenstrahls, der aus der Quelle in Richtung einer Bestrahlungsachse austritt und auf einen zu bestrahlenden Bereich eines Probanden wie z. B. eine Geschwulst eines Patienten gerichtet wird. Um die Bestrahlungsdosis im umliegenden Bereich möglichst gering zu halten, wird der Strahl in einer so genannten „Gantry" mittels einer Anordnung aus verschiedenen Ablenk- und Fokussierungsmagneten mehrfach aus der Richtung der ursprünglichen Bestrahlungsachse so abgelenkt, dass er unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich dieser Achse, insbesondere unter 45 bis 90°, auf den zu bestrahlenden Bereich auftritt. Damit eine Bestrahlung von mehreren Seiten erfolgen kann, ist die Magnetanordnung aus Ablenk- und Fokussierungsmagneten auf einem Gestell der Gantry so angeordnet und um die ursprüngliche Bestrahlungsrichtung als Drehachse bzw. Gantry-Rotationsachse drehbar ausgebildet, wobei der austretende Strahl immer durch einen festen Punkt im so genannten „Isozentrum" läuft und sich so die Bestrahlungsbelastung im umliegenden Bereich bzw. Gewebe durch Verteilung auf eine verhältnismäßig große Fläche begrenzen lässt.
Bei der aus der genannten DE-A1-Schrift entnehmbaren Gantry-Anlage sind alle Ablenk- und Fokussierungsmagnete mit Leitern aus normalleitendem Material wie Kupfer(Cu) ausgebildet. Der Grund hierfür ist, dass die Wicklungen dieser Magnete mit diesem Leitermaterial verhältnismäßig einfach auszubilden sind, weil zu einer Formung der den Strahl ablenkenden und/oder fokussierenden Magnetfelder Körper bzw. Joche aus ferromagnetischem Material wie Eisen verwendet werden. Gerade die Strahlführungsmagnete zur Ablenkung weisen deshalb z. B. mit Wasser zu kühlende Kupferwicklungen und entsprechende Eisenjoche auf. Dabei ist jedoch die magnetische Flussdichte durch die Sättigung des Eisens auf maximal etwa 1,8 Tesla beschränkt. Der Kurvenradius und die Magnetlänge der allgemein verwendeten Magnete mit Ablenk-/ bzw. Krümmungswinkeln von 45° bis 90° liegen hierbei für den Fall einer Bestrahlung mit C⁶⁺-Ionen bei einigen Metern. Bei diesen Abmessungen ist aber das Gewicht insbesondere der Eisenjoche der Magnete dementsprechend hoch. So haben z. B. die Magnete einer bekannten Gantry-Anlage ein Gesamtgewicht von etwa 95 t. Das erforderliche Drehgestell für die schwenkbaren Magnete einer solchen Gantry-Anlage muss dementsprechend stabil ausgeführt sein und dabei eine exakte Strahlführung gewährleisten. Außerdem ist bei einer großen Magnetapparatur, wie sie bei einer rasterförmigen Ablenkung eines Teilchenstrahls gemäß dem so genannten „Spot Scanning-Verfahren" für Gantry-Anlagen benötigt wird, der Bedarf an elektrischer Leistung und somit an Kühlwasser ganz erheblich und liegt bei einer bekannten Gantry-Anlage bei etwa 800 kW.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gekrümmten Strahlführungsmagnet zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn, insbesondere für eine Bestrahlungsanlage anzugeben, der hinsichtlich seiner Größe und seines Gewichts gegenüber entsprechenden normalleitenden Magneten reduzierte Werte aufweist. Außerdem soll eine bevorzugte Bestrahlungsanlage mit einem solchen Magneten angegeben werden.
Die sich auf den Strahlführungsmagneten beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend soll der Strahlführungsmagnet zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussendem Material sein und zusätzlich noch die folgenden Merkmale aufweisen, nämlich

a) eine durch die gekrümmte Teilchenbahn festgelegte Strahlführungsebene,
b) ein die gekrümmte Teilchenbahn umschließendes Strahlführungsrohr,
c) ein dem Strahlführungsrohr zugeordnetes System von mindestens sechs in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnten, gekrümmten supraleitenden Einzelspulen, die paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene ausgebildet und angeordnet sind, wobei das Spulensystem zumindest umfasst,
– zwei sattelförmige Hauptspulen mit in Strahlführungsrichtung lang gestreckten Seitenteilen und stirnseitig aufgebogenen Endteilen,
– zwei zumindest weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen vom Rennbahntyp, die jeweils einen Innenbereich umschließen,
– zwei zumindest weitgehend flache, jeweils in dem Innenbereich der jeweiligen Nebenspule angeordnete, bananenförmig gekrümmte Zusatzspulen vom Rennbahntyp, und
d) Mittel zur thermischen Isolation und Mittel zur Kühlung der supraleitenden Einzelspulen.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass es bei einem Verzicht auf feldformende Teile aus ferromagnetischem Material wie Eisenjoche mindestens sechs gekrümmter Einzelspulen bedarf, um eine gewünschte, vorgebbare Feldgüte im Strahlbereich für die Strahlablenkung realisieren zu können.
Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen verbundenen Vorteile sind dann insbesondere in der angestrebten Reduzierung von Gewicht und Baugröße des gekrümmten Strahlführungsmagneten gegenüber normalleitenden Ablenkmagneten zu sehen. Diese Vorteile kommen besonders dann zum Tragen, wenn schwere Ionen wie z. B. C⁶⁺-Ionen zum Einsatz kommen sollen. So ist z. B. für eine Gantry-Anlage mit einem 90°-Ablenkmagneten und zwei 45°-Ablenkmagneten für C⁶⁺-Ionen das Magnetgewicht etwa 6 Tonnen (t) bei einer Leistungsaufnahme der erforderlichen Kältemaschinen von einigen 10 kW. Dabei ist der Platzbedarf fast um die Hälfte zu reduzieren, wobei ein erforderliches Schwenkgestell für die Drehung der Magnete um eine Gantry-Rotationsachse vorteilhaft einfacher und leichter ausgeführt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann der Strahlführungsmagnet nach der Erfindung zusätzlich noch folgende Merkmale aufweisen:

– So kann der Magnet vorteilhaft so ausgeführt sein, dass sein zentraler Krümmungswinkel zwischen 30° und 90° be trägt. Gerade bei größeren Krümmungswinkeln kommt der Vorteil an Gewichtsreduzierung und kleinerer Baugröße gegenüber normalleitenden Magneten besonders zum Tragen.
– Die Nebenspulen können sich bevorzugt zwischen den aufgebogenen Endteilen ihrer jeweils zugeordneten Hauptspule erstrecken. Auf diese Weise ist ein kompakter Aufbau des Systems aus den Einzelspulen zu realisieren.
– Die Leiter der Einzelwicklungen können bekanntes metallisches LTC(Low T_c)-Supraleitermaterial aufweisen. Entsprechende Leiter z. B. auf Basis von NbTi sind bei sehr tiefen Temperaturen zu betreiben und erfordern im Allgemeinen eine Helium-Kühltechnik. Sie sind technisch ausgereift und verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.
– Stattdessen können die Leiter der Einzelwicklungen selbstverständlich auch mit bekanntem metalloxidisches HTC(High T_c)-Supraleitermaterial erstellt sein. Solche Leiter mit vorzugsweise Bandform ermöglichen höhere Betriebstemperaturen, die insbesondere zwischen 10 und 40 K, vorzugsweise zwischen 20 und 30 K liegen können. Gegenüber der Kühltechnik der LTC-Supraleiter ist dann der Aufwand entsprechend verringert. Zudem haben bekannte HTC-Supraleiter in dem genannten Temperaturbereich zur Erzeugung starker Magnetfelder hinreichend große kritische Stromtragfähigkeiten bzw. Stromdichten.
– Wird ein abzulenkender Teilchenstrahl von C⁶⁺-Ionen vorgesehen, so sind im Falle dieser hochenergetischen Teilchen die Vorteile der Gewichts- und Baugrößenreduzierung besonders ausgeprägt.
– Außerdem lässt sich der Strahlführungsmagnet vorteilhaft so ausführen, dass eine magnetische Aperturfeldstärke von mindestens 2 Tesla, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Tesla, gegeben ist. Mit Supraleitern zu erzeugende hohe Aperturfeldstärken bringen nämlich die genannten Vorteile der Gewichts- und Baugrößenreduzierung mit sich.

Die sich auf die Bestrahlungsanlage beziehende Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Dementsprechend weist die Anlage eine feststehende, einen Strahl elektrisch geladener Teilchen erzeugende Bestrahlungsquelle, mehrere Fokussierungsmagnete und mindestens einen Strahlführungsmagneten gemäß der beanspruchten Ausgestaltung zur Ablenkung des Teilchenstrahls auf. Eine solche Anlage kann insbesondere durch ein Gantry-System mit einer Drehbarkeit der Magnete bezüglich einer Gantry-Rotationsachse, die in der Strahlführungsebene liegt, gekennzeichnet sein. Durch die Verwendung von supraleitenden Einzelmagneten sind die Baugröße, das Gewicht und der Leistungsbedarf der Gantry-Anlage gegenüber bekannten Anlagen mit normalleitenden Magneten erheblich reduziert. Insbesondere ist ein erforderliches Drehgestell zur Drehung der einzelnen Magnete erheblich einfacher und leichter auszuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten und der ihn aufweisenden Bestrahlungsanlage gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen sowie insbesondere aus der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert, aus der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten und dessen Einsatzmöglichkeit in einer Bestrahlungsanlage ohne Einschränkung auf die konkret veranschaulichte Ausführungsform veranschaulicht ist. Dabei zeigen deren
1 einen erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten in Schrägansicht,
2 den Querschnitt durch einen entsprechenden Strahlführungsmagneten,
3 einen Längsschnitt durch einen entsprechenden Strahlführungsmagneten sowie
4 einen prinzipiellen Aufbau einer Gantry-Anlage unter Verwendung mehrerer gekrümmter Strahlführungsmagnete.
Beim Aufbau eines aus den 1 und 2 entnehmbaren, gekrümmten Strahlführungsmagneten 2 wird von an sich bekannten Ausführungsformen entsprechender Magnete mit normalleitenden Spulenwicklungen ausgegangen, wie sie in der Teilchenbeschleunigertechnik zum Einsatz kommen. In den Figuren nicht dargestellte Teile sind daher bekannt.
Der Strahlführungsmagnet 2 dient zur Ablenkung eines durch eine gepfeilte Linie angedeuteten Teilchenstrahls 3 um einen zentralen Krümmungs- oder Bogenwinkel α, der bevorzugt zwischen 30° und 90° liegt (d.h. mit 30° ≤ α ≤ 90°). Bei dem Teilchenstrahl 3 handelt es sich um einen Strahl elektrisch geladener Teilchen wie Ionen, insbesondere von C⁶⁺-Ionen. Der Teilchenstrahl wird mit Hilfe magnetischer Kräfte innerhalb eines entsprechend gekrümmten Strahlführungsrohres 5 gehalten bzw. geführt. Die gekrümmte Bahn des Teilchenstrahls legt dabei eine Strahlführungsebene 6 fest, die in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet sein soll.
Erfindungsgemäß werden Supraleiter zum Aufbau der Magnetwicklungen bzw. -spulen des Strahlführungsmagneten 2 verwendet. Als bekannte Materialien für hier verwendbare Supraleiter sind bekannte metallische LTC(Low T_c)-Supraleitermaterialien wie z. B. NbTi oder auch bekannte oxidische HTC(High T_c)-Supraleitermaterialien geeignet. Während für LTC-Supraleiter im Allgemeinen eine He-Kühltechnik erforderlich ist bei beispielsweise Betriebstemperaturen von etwa 4,2 K können bei Verwendung von HTC-Supraleitern höherer Betriebstemperaturen von beispielsweise 10 bis 40 K, vorzugsweise 20 bis 30 K vorgesehen werden. Bei diesen Temperaturen weisen bekannte HTC-Supraleiter zur Erzeugung der erforderlichen Magnetfeldstärken hinreichend hohe kritische Stromdichten auf. Zu der erforderlichen Kühlung der Supraleiter kann auf bekannte Kälteeinrichtungen zurückgegriffen werden.
Erfindungsgemäß muss ein System von mindestens sechs supraleitenden Einzelspulen vorgesehen werden, von denen jeweils zwei paarweise spiegelbildlich zur Strahlführungsebene 6 ausgebildet und angeordnet sind. Demgemäß umfasst das System an Einzelspulen zwei in Strahlführungsrichtung langgestreckte, sattelförmig ausgebildete, nachfolgend als Hauptspulen be zeichnete Spulen 8 und 9. Diese Spulen weisen jeweils zwei gekrümmte, seitlich zu dem Strahlführungsrohr 5 verlaufende Seitenteile 8a, 8b bzw. 9a, 9b sowie stirnseitige Endteile 8c, 8d bzw. 9c, 9d auf. Bevorzugt sind die stirnseitigen Endteile dabei jeweils so aus der durch die Seitenteile der Hauptspule aufgespannten Ebene aufgebogen bzw. gekröpft, dass sie außen um das Strahlführungsrohr 5 jeweils halbkreisbogenartig herumführen. Die Gestaltungsform entsprechender Hauptspulen ist allgemein bekannt (vgl. z. B. EP 0 276 360 B1 ). Gegebenenfalls sind aber auch andere bekannte Sattelformen geeignet, die auf einer gekrümmten Zylindermantelfläche liegen. D.h., die Seitenteile 8a, 8b bzw. 9a, 9b brauchen jeweils nicht exakt in einer nicht-gekrümmten Ebene zu verlaufen und/oder die stirnseitigen Endteile 8c, 8db bzw. 9c, 9d müssen jeweils nicht unbedingt exakt halbkreisbogenförmig ausgebildet werden, sondern können auch parabelähnliche Gestalt haben (vgl. z. B. JP 02-246305 A).
Oberhalb und unterhalb des Strahlführungsrohres 5 sind in parallelen Ebenen liegend zwei zumindest weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte, nachfolgend als Nebenspulen bezeichnete Spulen 10 bzw. 11 vorgesehen. Diese Spulen sind als gekrümmte Rennbahnspulen gestaltet und erstrecken sich dabei vorzugsweise zwischen den stirnseitigen, wickelkopfartigen Endteilen der Hauptspulen 8 und 9. Die Gestaltungsform entsprechender, hier beispielsweise etwa um 90° gekrümmter bananenförmiger Nebenspulen ist ebenfalls bekannt (vgl. z. B. EP 0 185 955 B1 oder DE 35 04 211 A1 ). Die Leiter der Nebenspulen 10 und 11 umschließen dabei jeweils einen bananenförmig gekrümmten Innenbereich 12 bzw. 13 und dort jeweils eine entsprechend gekrümmte, nachfolgend als Zusatzspule bezeichnete 14 bzw. 15 ebenfalls vom Rennbahntyp. Wie aus 2 hervorgeht, ist der Wicklungsquerschnitt dieser Zusatzspulen 14 und 15 gegenüber dem der sie jeweils umschließenden Nebenspule 10 bzw. 11 deutlich geringer. In dieser Figur sind außerdem die Stromflussrichtungen in den Spulen 10, 11, 14 und 15 angedeutet.
Gegebenenfalls können den einzelnen Spulen noch weitere Spulen zugeordnet werden, um geforderte Feldverhältnisse z. B. hinsichtlich der Homogenität weiter zu verbessern. Mit der Mindestzahl von sechs Spulen sind jedoch im Allgemeinen hinreichend befriedigende Feldverhältnisse zu realisieren.
Da sich die supraleitenden Einzelspulen 8, 9, 10, 11, 14 und 15 auf einer kryogenen Betriebstemperatur mittels entsprechender, in den Figuren nicht ausgeführter Mittel und Vorrichtungen zur Kühlung befinden, müssen auch Mittel zu deren thermischer Isolation gegenüber dem auf Raumtemperatur befindlichen Außenbereich des Strahlführungsmagneten vorgesehen sein. Diese thermische Isolationsmittel umfassen gemäß der Darstellung der 2 ein als Vakuum- oder Kryostatengehäuse ausgebildetes warmes Außengehäuse 17, das einen Vakuumraum 18 einschließt. Innerhalb dieses Vakuumraums befindet sich ein kaltes Innengefäß 20, in dem eine Haltestruktur 21 zur Aufnahme und Fixierung der einzelnen supraleitenden Spulen angeordnet ist. Außerdem muss in diesem Innengefäß den Leitern der einzelnen supraleitenden Spulen die erforderliche Kälteleistung zu deren Kühlung beispielsweise über ein Kältemittel in geeigneter Weise zur Verfügung gestellt werden. Selbstverständlich können, wie in 2 ferner angedeutet ist, zwischen dem kalten Innengefäß 20 und dem warmen Außengehäuse 17 in den Vakuumraum 18 noch weitere, auch diskret gekühlte Isolationsmittel wie Bestrahlungsschilde oder Isolationsfolien 22 vorgesehen werden.
Selbstverständlich müssen die einzelnen Wicklungen des erfindungsgemäß gestalteten Strahlführungsmagneten so mechanisch fixiert sein, dass die auf sie wirkenden Kräfte aufgenommen werden, ohne dass es zu unerwünschten Leiterbewegungen kommt. Diesbezügliche Maßnahmen sind allgemein bekannt und deshalb in 2 nicht ausgeführt.
3 zeigt eine seitliche Aufsicht auf den in der Strahlführungsebene vorgenommenen Längsschnitt durch einen entsprechenden Strahlführungsmagneten 2 mit einem Krümmungswinkel α von 90°. Dabei sind die aus dieser Ebene herausführenden Winkelköpfe bzw. Endteile einer der sattelförmigen Hauptspulen, beispielsweise die halbkreisbogenartigen Endteile 8c und 8d der Spule 8 besonders hervorgehoben. Wie ferner ersichtlich, ist die Haltestruktur 21 für die Hauptspule 8 mit besonderen Verstärkungsrippen 23 versehen. Diese Teile befinden sich innerhalb des kalten Innengefäßes 20, das z. B. zur Aufnahme eines flüssigen Kältemittels wie He oder Ne dient. Das Innengefäß ist mit stirnseitigen Endflanschen 25 und 26 ausgestattet. In entsprechender Weise sind auch stirnseitige Endflansche 27 und 28 für das warme Außengehäuse 17 vorgesehen.
Bei dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass die Nebenspulen 10 und 11 sowie die Zusatzspulen 14 und 15 als völlig flache, in einer Ebene liegende, bananenförmig gekrümmte Rennbahnspulen ausgebildet sind. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass wenigstens teilweise diese Spulen auch nur annähernd flach gestaltet sind. Hierunter ist zu verstehen, dass die Spulen zumindest im Bereich ihrer bogenförmigen Endteile auch sattelförmig aufgebogen sein können. Die Spulen liegen dann nicht mehr in einer flachen Ebene sondern auf einer Mantelfläche eines Zylinders, der die gekrümmte Strahlführungsachse 4 umschließt. Solche Spulen lassen sich beispielsweise aus zunächst ebenen, gekrümmten Rennbahnspulen herstellen, indem sie dann der Mantelfläche des gekrümmten Zylinders formschlüssig angepasst werden.
Der an Hand der 1 bis 3 beschriebene gekrümmte Strahlführungsmagnet 2 ist an sich für beliebige Bestrahlungsanlagen zur Ablenkung von Strahlen beliebiger elektrisch geladener Teilchen geeignet (vgl. z. B. US 4,870,287 A oder JP 2000-075100 A). Bevorzugt wird er für eine Gantry-Anlage vorgesehen, die zur medizinischen Therapie dient. Die Gestaltungsmerkmale entsprechender Anlagen sind ebenfalls allgemein bekannt (vgl. z. B. DE 199 04 675 A1 oder WO 02/069350 A1). Eine solche Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass ihre endseitigen Fokussierungs- und Ablenkmagnete um eine Gantry- Rotationsachse schwenkbar ausgeführt sind. Nur die schwenkbaren Ablenkmagnete einer solchen Anlage sind in 4 in stark schematisierter Darstellung angedeutet. Die allgemein mit 30 bezeichnete Gantry-Anlage weist eine in der Figur nicht näher ausgeführte Bestrahlungsquelle 31 zur Erzeugung eines Strahls 3 von Ionen wie insbesondere C⁶⁺-Ionen auf. Diese Ionen treten aus der Quelle in einer Strahlführungsrichtung aus, die zugleich die Gantry-Rotationsachse A festlegt. Mit Hilfe von beispielsweise zwei 45°-Ablenkmagneten 33 und 34, die vorteilhaft entsprechend dem erfindungsgemäßen gekrümmten Strahlführungsmagneten 2 ausgebildet sein können, wird der Ionenstrahl 3 in einen bezüglich der Achse A entfernten Bereich gebracht und von dort durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten, beispielsweise um 90° ablenkenden Ablenk- bzw. Strahlführungsmagneten 2 in eine senkrecht zur Rotationsachse A gerichtete Richtung gelenkt, wo er in einem Isozentrum 35 die Achse A kreuzt. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen von Ablenkmagneten wie z. B. von einem 45°-Magneten und einem 135°-Magneten oder von zwei 30°-Magneten und einem 120°-Magneten geeignet. Ferner ist in der Figur noch ein von dem Strahl 3 durchlaufener, mittels einer Eisenkastens magnetisch abgeschirmter Diagnostikkopf für die Strahllage und die Strahlungsdosis mit 36 bezeichnet.
Zu Vergleichszwecken ist außerdem in der 4 durch gestrichelte Linien ein weiteres Magnetsystem 38 angedeutet, das sich ergeben würde, wenn man statt eines Systems aus supraleitenden Magneten entsprechende normalleitende Magnete mit feldformenden Eisenjochen verwenden würde. Das Isozentrum 35 läge dann um etwa 1 m weiter entfernt von der Ionenquelle 31, wenn man die aus der folgenden Tabelle entnehmbaren Werte zugrunde legt:
Aus 4 und der vorstehenden Tabelle geht unmittelbar der Vorteil einer Verwendung von supraleitenden Magneten in einer Gantry-Anlage als Bestrahlungsanlage hervor.

Claims

Strahlführungsmagnet (2) zur Ablenkung eines Strahls (3) elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn (4), wobei der Magnet (2) frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussendem Material ist und versehen ist a) mit einer durch die gekrümmte Teilchenbahn (4) festgelegten Strahlführungsebene (6), b) mit einem die gekrümmte Teilchenbahn (4) umschließenden gekrümmten Strahlführungsrohr (5), c) mit einem dem Strahlführungsrohr (5) zugeordneten System von mindestens sechs in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnten gekrümmten supraleitenden Einzelspulen, die paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene (6) ausgebildet und angeordnet sind, wobei das Spulensystem zumindest umfasst: – zwei sattelförmigen Hauptspulen (8, 9) mit in Strahlführungsrichtung lang gestreckten Seitenteilen (8a, 8b bzw. 9a, 9b) und stirnseitigen, aufgebogenen Endteilen (8c, 8d bzw. 9c, 9d), – zwei zumindest weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen (10, 11) vom Rennbahntyp, die jeweils einen Innenbereich (12 bzw. 13) umschließen, – zwei zumindest weitgehend flache, jeweils in dem Innenbereich (12, 13) der jeweiligen Nebenspule (10, 11) angeordnete, bananenförmig gekrümmte Zusatzspulen (14, 15) vom Rennbahntyp, und e) mit Mitteln zu thermischen Isolation und Mitteln zur Kühlung der supraleitenden Einzelspulen.
Strahlführungsmagnet nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zentralen Krümmungswinkel (α) zwischen 30° und 90°.
Strahlführungsmagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nebenspulen (10, 11) zwischen den aufgebogenen Endteilen (8c, 8d bzw. 9c, 9d) ihrer jeweils zugeordneten Hauptspule (8 bzw. 9) erstrecken.
Strahlführungsmagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Einzelspulen metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen.
Strahlführungsmagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Einzelspulen metalloxidisches HTC-Supraleitermaterial aufweisen.
Strahlführungsmagnet nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur der Leiter der Einzelspulen zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise zwischen 20 K und 30 K.
Strahlführungsmagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl (3) von C⁶⁺-Teilchen abzulenken ist.
Strahlführungsmagnet nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine magnetische Aperturfeldstärke in seinem Strahlführungsrohr (5) von mindestens 2 Tesla, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Tesla.
Bestrahlungsanlage (30) mit einer feststehenden, einen Strahl (3) elektrisch geladener Teilchen erzeugenden Bestrahlungsquelle (31), mit mehreren Fokussierungsmagneten (36) zur Fokussierung des Teilchenstrahls (3) und mit mindestens einem Strahlführungsmagneten (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Ablenkung des Teilchenstrahls (3).
Bestrahlungsanlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Gantry-System mit einer Drehbarkeit der Magnete (2, 32, 33, 36) bzgl. einer Gantry-Rotationsachse (A), die in der Strahlführungsebene (6) liegt.