DE60020969T2 - Isochrones zyklotron und dessen verwendung zum extrahieren von geladenen teilchen - Google Patents

Isochrones zyklotron und dessen verwendung zum extrahieren von geladenen teilchen Download PDF

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/10Arrangements for ejecting particles from orbits

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Isochron-Zyklotron, der ein kompakter Isochron-Zyklotron wie auch ein Zyklotron mit separaten Sektoren sein kann.
  • Die vorliegende Erfindung findet sowohl bei supraleitenden als auch nicht supraleitenden Zyklotronen Anwendung.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt auch die Verwendung eines Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor, um daraus geladene Teilchen zu extrahieren.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Zyklotron ist ein kreisförmiger Teilchenbeschleuniger, der verwendet wird, um positive oder negative Ionen auf Energien von bis zu einigen MeV oder mehr zu beschleunigen. Zyklotrone können für medizinische Anwendungen (Herstellung von Radioisotopen oder zur Protonentherapie) verwendet werden, jedoch auch für industrielle Anwendungen als Injektor in einen weiteren Beschleuniger oder zur Grundlagenforschung.
  • Ein Zyklotron besteht aus mehreren Untereinheiten von denen die wichtigsten in der Hauptsache der Magnetkreis, das RF Beschleunigungssystem, das Vakuumsystem, das Injektionssystem und das Extraktionssystem sind.
  • Die wichtigste ist der Magnetkreis durch den ein Magnetfeld errichtet wird. Dieses Magnetfeld leitet die beschleunigten Teilchen so aus dem Zentrum des Geräts zu dem äußeren Radius des Geräts, dass die Bahnen der Teilchen eine Spirale beschreiben. Bei den ersten Zyklotronen wurde das Magnetfeld in einen senkrechten Spalt zwischen zwei zylindrisch geformten Polen durch zwei Solenoidspulen gebildet, die um diese Pole gewickelt waren. Bei neueren Isochron-Zyklotronen bestehen diese Pole nicht mehr aus einem soliden Zylinder, sondern sind so in Sektoren aufgeteilt, dass der zirkulierende Strahl alternierend einem hohen Magnetfeld ausgesetzt ist, das in einem Hill-Sektor gebildet wird, bei dem der Spalt zwischen den Polen klein ist, gefolgt durch ein niedrigeres Magnetfeld in einem Valley-Sektor, bei dem der Spalt zwischen den Polen groß ist. Diese azimuthale Magnetfeldänderung stellt, wenn sie richtig entworfen ist, radiale sowie vertikale Fokussierung bereit und ermöglicht es gleichzeitig, dass die Umdrehungsfrequenz der Teilchen überall im Gerät konstant ist.
  • Es gibt zwei Typen von Zyklotronen: der erste Typ ist der kompakte Zyklotron, bei dem das magnetische Feld durch einen Satz von kreisförmigen Spulen gebildet wird, die um den Gesamtpol gewickelt sind; der zweite Typ ist der Zyklotron aus getrennten Sektoren, bei dem jeder Sektor mit einem eigenen Satz von Spulen ausgestattet ist.
  • Das Dokument EP-A-0222786 beschreibt einen kompakten Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor, Deep-Valley Zyklotron genannt, welcher einen sehr geringen Verbrauch von elektrischer Energie in den Spulen aufweist. Dies wird durch eine besondere Magnetstruktur erreicht, die einen stark verkleinerten Polspalt in den Hill-Sektoren und einen sehr großen Polspalt in den Valley-Sektoren aufweist, in Kombination mit einem kreisförmigen, um die Spulen angeordneten Rückflussjoch, welches zum Schließen des Magnetkreises dient.
  • Das Dokument WO93/10651 beschreibt einen kompakten Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor, welcher das besondere Merkmal eines elliptisch oder quasi-elliptisch geformten Polspalts in den Hill-Sektoren aufweist, welche sich tendenziell zum äußeren Radius des Hill-Sektors hin schließt und welcher es möglich macht, die Teilchen sehr nah an den äußeren Radius des Hill-Sektors zu beschleunigen, ohne dass die Fokussierung und der Isochronismus des Magnetfelds verloren gehen. Dies erleichtert, wie später gezeigt, die Extraktion des Strahls.
  • Die zweite Hauptuntereinheit eines Zyklotrons ist das RF Beschleunigungssystem, das aus mitschwingenden Hochfrequenzhohlräumen besteht, welche durch die beschleunigenden Elektronen, für gewöhnlich „Dees" genannt", abgeschlossen werden. Das RF System bildet eine Wechselspannung von mehreren Zehntel Kilovolt auf den Dees bei einer Frequenz, die der Umdrehungsfrequenz des Teilchens oder einer höheren Schwingung davon entspricht. Diese Wechselspannung wird zur Beschleunigung des Teilchens verwendet, wenn es sich spiralförmig nach außen zum Rand des Pols bewegt. Ein weiterer Hauptvorteil des Deep-Valley Zyklotrons ist, dass die Hohlräume und Dees in den Valleys angeordnet werden können, was einen sehr kompakten Entwurf des Zyklotrons erlaubt.
  • Die dritte Hauptuntereinheit eines Zyklotrons ist das Vakuumsystem. Die Aufgabe des Vakuumsystems ist es, die Luft aus dem Spalt, wo sich die Teilchen bewegen zu entziehen, um eine zu starke Streuung der beschleunigenden Teilchen durch das Restgas im Vakuumtank zu vermeiden und ebenfalls, um durch das RF System gebildete elektrische Funken und Entladungen zu vermeiden.
  • Die vierte Untereinheit ist das Injektionssystem, das im Grunde aus einer Ionenquelle besteht, in der die geladenen Teilchen gebildet werden, bevor diese den Beschleunigungsprozess beginnen. Die Ionenquelle kann intern im Zentrum des Zyklotrons angebracht werden, oder sie kann außerhalb des Geräts installiert werden. Im letzteren Fall enthält die Ionenquelle auch die Mittel, um die Teilchen von der Ionenquelle zum Zentrum des Zyklotrons zu führen, wo sie den Beschleunigungsprozess beginnen.
  • Wenn die Teilchen die Beschleunigung abgeschlossen und den äußeren Radius der Polsektoren erreicht haben, können sie aus dem Gerät extrahiert werden, oder sie können im Gerät selbst Verwendung finden. Im letzteren Fall wird ein Isotopenbildungstarget in der Vakuumkammer angebracht. Der Hauptnachteil dessen besteht jedoch darin, dass die Teilchen teilweise vom Target weg streuen und dann in unkontrollierter Weise überall im Vakuumtank verloren gehen. Das kann zu einer starken Radioaktivierung des Geräts führen.
  • Bei vielen Anwendungen ist es erwünscht, den Strahl aus dem Gerät hinaus zu führen und zu einem Target zu leiten, wo er verwendet werden kann. In diesem Fall wird ein Extraktionssystem neben dem äußeren Radius des Geräts angebracht. Die Strahlextraktion wird als einer der schwierigsten Prozesse bei der Bildung eines Zyklotronstrahls angesehen. Sie besteht im Grunde darin, den Strahl in kontrollierter Weise aus der Beschleunigungsregion zu einem äußeren Radius zu führen, wo das Magnetfeld niedrig genug ist, dass der Strahl frei das Gerät verlassen kann.
  • Ein herkömmliches Verfahren zur Extraktion positiv geladener Teilchen ist die Verwendung einer elektrostatischen Ablenkplatte, die ein äußeres elektrisches Feld bildet, welches die Teilchen aus dem beschränkenden Einflussbereich des Magnetfeldes zieht. Zum Erreichen dieses Vorgangs wird eine sehr dünne Elektrode, Septum genannt, zwischen die letzte interne Bahn im Gerät und die zu extrahierende Bahn eingebracht. Dieses Septum fängt jedoch immer einen bestimmten Anteil des Strahls ab, wodurch dieses Extraktionsverfahren zwei Hauptnachteile aufweist. Der erste besteht darin, dass die Extraktionseffizienz begrenzt ist, wodurch die maximale Strahlungsintensität, die extrahiert werden kann, auf Grund einer thermischen Erwärmung des Septums durch den abgefangenen Strahl, begrenzt wird. Der zweite besteht darin, dass das Abfangen von Teilchen durch das Septum in starker Weise zur Radioaktivierung des Zyklotrons beiträgt.
  • Ein weiteres bekanntes Extraktionsverfahren betrifft negativ geladene Teilchen. Hier wird die Extraktion durch Leiten des Strahls durch eine dünne Folie erreicht, wobei die negativen Ionen von ihren Elektronen isoliert und in positive Ionen umgewandelt werden. Diese Technik ermöglicht eine Extraktionseffizienz nahe 100% und des weiteren ein Extraktionssystem, welches beträchtlich einfacher als das vorhergehende ist. Jedoch besteht auch hier ein Hauptnachteil, der durch die Tatsache verursacht wird, dass die negativen Ionen nicht sonderlich stabil sind und daher leicht durch Kollisionen mit dem Restgas im Vakuumtank oder durch zu starke Magnetkräfte, die auf das Ion wirken, verloren gehen. Dieser Strahlenverlust verursacht wiederum eine unerwünschte Radioaktivierung des Zyklotrons. Des weiteren erlauben es Zyklotrone, die positive Ionen beschleunigen, höhere Strahlungsintensitäten mit höherer Verlässlichkeit des Beschleunigers herzustellen und ermöglichen gleichzeitig eine starke Verringerung der Größe und des Gewichts des Geräts.
  • Aus der Publikation „The Review of Scientific Instruments, 27 (1956), Nr. 7" und der Publikation „Nuclear Instruments and Methods 18, 19 (1962), pp. 41–45e von J. Reginald Richardson" ist auch der Anspruch eines Verfahrens bekannt, bei dem der Strahl aus dem Zyklotron ohne Verwendung eines Extraktionssystems extrahiert werden konnte. Die für diese Selbstextraktion erforderlichen Bedingungen sind bestimmte Resonanzbedingungen der Teilchenbahnen im Magnetfeld. Dieses Verfahren ist jedoch schwer zu verwirklichen und würde auch eine solch schlechte Qualität des extrahier ten optischen Strahls ergeben, dass es in der Praxis niemals angewendet würde.
  • Ebenso ist das Dokument US-A-3024379 bekannt, das ein Zyklotronsystem beschreibt, bei dem das Magnetfeld im wesentlichen unabhängig vom Azimuthwinkel ist. Das bedeutet, dass es sich um einen Nicht-Isochron-Zyklotron handelt. Es muss festgestellt werden, dass der hier beschriebene Zyklotron Mittel zur Extraktion des Strahls enthält, die aus „Regeneratoren" und „Kompressoren" bestehen, welche durch Störung des Magnetfelds, eine Extraktion des Strahls erlauben.
  • Das Dokument WO97/14279 A beschreibt ein Verfahren zur Extraktion aus einem Zyklotron, bei dem das Verhältnis zwischen dem Polspalt im Hill-Sektor nahe des maximalen Radius und der radialen Zunahme pro Umdrehung der Teilchen bei demselben Radius kleiner als 20 ist und bei dem der Polspalt im Hill-Sektor eine elliptische oder quasi-elliptische Form aufweist mit der Tendenz beim maximalen Radius des Hill-Sektors zu schließen und bei dem mindestens einer der Hill-Sektoren eine geometrische Form oder ein Magnetfeld aufweist, das im wesentlichen asymmetrisch im Vergleich zu den anderen Hill-Sektoren ist. Die vorliegende Erfindung wird unter anderem von diesem schmalen quasi-elliptischen Polspalt und der Asymmetrie mindestens eines Sektors bedingt und skizziert gleichzeitig die Art von Asymmetrien, welche zur Erreichung der Selbstextraktion des Strahls angewendet werden kann.
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein neues Verfahren zur Extraktion geladener Teilchen aus einem Zyklotron vorzuschlagen, ohne Verwendung eines wie oben beschriebenen Isoliermechanismus oder einer elektrostatischen Ablenkplatte.
  • Eine weitere Aufgabe besteht darin, auf diese Weise einen Isochron-Zyklotron zu erhalten, das ein einfacheres Konzept aufweist und auch ökonomischer ist, als die derzeit verfügbaren.
  • Eine weitere Zusatzaufgabe besteht darin, die maximale Extraktionseffizienz und die maximale extrahierte Strahlungsintensität, insbesondere für positiv geladene Teilchen, zu erhöhen.
  • HAUPTEIGENSCHAFTEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt einen supraleitenden oder nicht supraleitenden Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor wie in Anspruch 1 beansprucht. Der Zyklotron umfasst einen Elektromagneten mit einem oberen Pol und einem unteren Pol, der den Magnetkreis bildet, wobei die Pole aus mindestens drei Sektorpaaren bestehen, die Hill-Sektoren genannt werden, bei denen der senkrechte Spalt zwischen den Sektoren klein ist, wobei die Hill-Sektoren von durch Sektoren gebildete Räume, Valley-Sektoren genannt, getrennt sind, bei denen der senkrechte Spalt wesentlich größer ist und wobei der Zyklotron durch mindestens ein Paar von Hauptspulen mit Energie versorgt wird. Mindestens ein Paar von oberen und unteren Hill-Sektoren ist signifikant länger als das übrige Paar bzw. die übrigen Paare von Hill-Sektoren, um mindestens ein Paar verlängerter und mindestens ein Paar nicht verlängerter Hill-Sektoren aufzuweisen. Eine Vertiefung oder ein „Plateau", welches der Form der extrahierten Bahn folgt, ist bei dem Paar verlängerter Hill-Sektoren vorhanden, um eine Verringerung im Magnetfeld zu bewirken.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die radiale Breite der Vertiefung auf einige Zentimeter begrenzt, vorzugsweise in der Größenordnung von 2 cm, so dass diese sich vollständig auf dem verlängerten Hill-Sektor befindet.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die äußere Grenze der Vertiefung über das radiale Ende des verlängerten Hill-Sektors hinaus verlegt werden, in welchem Falle eine Art von „Plateau" gebildet wird, welches jedoch weiterhin durch die schrittweise Zunahme des senkrechten Spalts der Hill-Sektoren und der damit verbundenen plötzlichen Abnahme des Magnetfelds nahe der inneren Grenze des „Plateaus" gekennzeichnet ist.
  • Vorzugsweise weist der senkrechte Spalt im nicht verlängerten Hill-Sektor wie auch der senkrechte Spalt im verlängerten Hill-Sektor ein im wesentlichen elliptisches Profil auf, welches dazu neigt, sich an dem radialen Ende der Hill-Sektoren in Richtung der Medianebene zu schließen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein Satz harmonischer Spulen in den senkrechten Spalt der Hill-Sektoren platziert, wobei die Spulen im wesentlichen die Form der lokalen Bahn an dieser Stelle aufweisen. Die Spulen dienen der Hinzufügung einer ersten harmonischen Feldkomponente zum bestehenden Magnetfeld und zur Erhöhung der Windungstrennung am Eingang der Vertiefung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Profile des senkrechten Spalts der Hill-Sektoren auf azimuthisch gegenüber liegenden Hill-Sektoren verformt, so dass ein Profil eine deutliche Erhebung auf der letzten Windung der Bahn aufweist und das andere Profil einen deutlichen Abfall auf der letzten Windung der Bahn zeigt. Die Verformung dient der Hinzufügung einer ersten harmonischen Feldkomponente zum bestehenden Magnetfeld und zur Erhöhung der Windungstrennung am Eingang der Vertiefung.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird eine Anordnung von Permanentmagneten in zwei gegenüber liegende Valleys platziert, so dass in einem Valley ein scharfer Anstieg des Magnetfelds auf der letzten Windung der Bahn entsteht und im gegenüber liegenden Valley ein Abfall des Magnetfelds auf der letzten Windung der Bahn erzeugt wird. Die Anordnung dient der Hinzufügung einer ersten harmonischen Feldkomponente zum bestehenden Magnetfeld und zur Erhöhung der Windungstrennung am Eingang der Vertiefung.
  • Vorzugsweise ist am Ausgang der Vertiefung ein Gradientenkorrektor vorhanden. Ein solcher Gradientenkorrektor umfasst nicht abgeschirmte Permanentmagnete und weist einen vollständig offenen senkrechten Spalt sowie kleine kompensierende Permanentmagneten auf, um das störende Magnetfeld an der internen Bahn zu minimieren.
  • Vorzugsweise wird hinter dem Ausgang des Gradientenkorrektors ein Irrstrahlstop an einem Azimut bereitgestellt, bei dem eine signifikante Windungstrennung zwischen dem extrahierten Strahl und der letzten Windung der Bahn vorliegt. Der Strahlstop ist so angeordnet, dass er die schlechten Anteile des internen Strahls als auch den extrahierten Strahl abfängt.
  • Vorzugsweise wird im Rückflussjoch nach dem Vakuumausgangsport ein Paar waagrecht und senkrecht fokussierender Quadrupole angebracht, die aus nicht abgeschirmten Permanentmagneten bestehen.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ebenso die Verwendung eines wie vorstehend bezeichneten Isochron-Zyklotrons mit fokussierendem Sektor zur Extraktion eines geladenen Teilchenstrahls, wobei ein scharfer Abfall des Magnetfelds auf der letzten Windung der Bahn zur Extraktion des Teilchenstrahls ohne die Hilfe einer elektrostatischen Ablenkplatte oder eines Isoliermechanismus verwendet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der unteren Hälfte eines Magnetkreises für einen kompakten Zyklotron mit fokussierendem Sektor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den in 1 dargestellten Magnetkreis.
  • 3 stellt eine Ansicht der Medianebene eines erfindungsgemäßen kompakten Zyklotrons mit fokussierendem Sektor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform dar.
  • 4 zeigt einen senkrechten Schnitt des verlängerten Hill-Sektors für eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt einen senkrechten Schnitt der verlängerten Hill-Sektoren für eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6a und 6b stellen die Profile des Spalts der Hill-Sektoren in gegenüber liegenden Sektoren für einen kompakten Zyklotron mit fokussierendem Sektor gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 7 zeigt eine Ansicht der Medianebene eines kompakten Zyklotrons mit fokussierendem Sektor mit einem Spalt der Hill-Sektoren wie in den 6a und 6b dargestellt.
  • 8 zeigt eine Ansicht der Medianebene eines kompakten Zyklotrons mit fokussierendem Sektor als dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 stellt den schematischen senkrechten Schnitt durch den Gradientenkorrektor dar, welcher die Anordnung der Permanentmagneten und die Form des Magnetfelds zeigt.
  • 10 zeigt einen waagrechten und senkrechten Schnitt durch den Irrstrahlempfänger, was den Kühlmechanismus verdeutlicht.
  • 11 zeigt den senkrechten Schnitt durch die Quadrupole der Permanentmagneten, die am Ausgangsport des Rückflussjochs angebracht sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Extraktion eines geladenen Teilchenstrahls aus einem kompakten Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor. Die wichtigste Untereinheit des Zyklotrons ist der Magnetkreis, welcher von einem Elektromagneten wie in den 1 und 2 dargestellt gebildet wird, der aus den folgenden Hauptelementen besteht:
    • – zwei Grundplatten (1) und die Flussrückführung (2), die sich verbinden und eine starre Struktur, Joch genannt, bilden;
    • – mindestens 3 obere und 3 untere Hill-Sektoren, und vorzugsweise wie in den 1 und 2 gezeigt, 4 obere und 4 untere Hill-Sektoren (3, 4) welche in Bezug auf die Symmetrieebene, Medianebene (100) genannt, symmetrisch angeordnet sind und im Zentrum einen senkrechten Spalt von etwa 36 mm sowie an der Extraktionsregion einen senkrechten Spalt von etwa 15 mm aufweisen;
    • – zwischen jeweils zwei Hill-Sektoren befindet sich ein Sektor, dessen senkrechter Spalt wesentlich breiter ist als der Spalt der Hill-Sektoren und der Valley-Sektor (5) genannt wird, mit einem senkrechten Spalt von etwa 670 mm;
    • – zwei kreisförmigen Spulen (6), die zwischen den Hill-Sektoren und den Flussrückführungen (2) angebracht sind.
  • Das Extraktionsverfahren ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass keine elektrostatische Ablenkplatte oder Isoliermechanismus im Zyklotron angebracht ist. Das Extraktionsverfahren ist weiterhin durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die senkrechten Spalte in den Hill-Sektoren ein quasi-elliptisches Profil (20) aufweisen, das sich in Richtung des radialen Endes der Hill-Sektoren verengt. Das Extraktionsverfahren ist weiterhin durch die Tatsache gekennzeichnet, dass mindestens ein Paar von Hill-Sektoren (3) des Zyklotrons signifikant länger (etwa einige Zentimeter und vorzugsweise ungefähr 4,0 cm) ist als das andere Paar von Hill-Sektoren (4).
  • Bei einem Zyklotron wird der Strahl innerhalb des Bereichs des Magnetfelds durch eine Kraft, die Lorentzkraft genannt wird, begrenzt. Diese Kraft ist der Stärke des Magnetfelds proportional und auch proportional der Geschwindigkeit des Teilchens. Sie ist senkrecht sowohl auf die Richtung des Magnetfelds als auch die Richtung der Teilchenbahn ausgerichtet und weist annähernd in das Zentrum des Zyklotrons.
  • Wenn das Teilchen den radialen Rand des Pols erreicht hat, kann eine Extraktion erhalten werden, wenn die auf das Teilchen wirkende Kraft plötzlich wesentlich verringert wird, so dass diese nicht mehr stark genug ist, um das Teilchen im Begrenzungsbereich des Magnetfelds zu halten. Ein wichtiger Punkt hierbei ist, dass diese Kraftverringerung über eine kleine radiale Entfernung verwirklicht werden muss, so dass die letzte interne Bahn nicht gestört wird.
  • Eine herkömmliche Art diese plötzliche Abnahme der Lorentzkraft zu erhalten, ist die Einrichtung einer elektrostatischen Ablenkplatte. In dieser Vorrichtung wird zwischen einem sehr dünnen inneren Septum und einer äußeren Elektrode ein elektrostatisches Feld errichtet. Die Ablenkplatte erzeugt eine nach außen gerichtete elektrische Kraft, welche gegen die Lorentzkraft wirkt. Das zwischen der letzten internen Bahn und der Extraktionsbahn angeordnete Septum, ist elektrisch auf einem Grundpotential, so dass beinahe keine Störung der internen Bahn vorkommt. Der Hauptnachteil der Verwendung einer elektrostatischen Ablenkplatte liegt jedoch darin, dass das Septum einen bestimmten Anteil des Strahls abfängt. Dadurch wird es radioaktiv und erwärmt sich überdies, wodurch die maximale Extraktionseffizienz und Strahlungsstärke begrenzt wird.
  • Das vorgeschlagene Extraktionsschema der vorliegenden Erfindung wird in 3 veranschaulicht, welche die Ansicht auf die Medianebene des Zyklotrons zeigt. Ein kompakter Deep-Valley Zyklotron ähnlich dem, der im Dokument EP-A-0222786 beschrieben wird, ist der bevorzugte Zyklotron zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Daher wurde ein solcher Zyklotron mit 4-facher Symmetrie, der aus vier Hill-Sektoren (3, 4) und vier Valley-Sektoren (5) besteht, als Beispiel verwendet. Es sind jedoch ähnliche Ausführungsformen mit 3-fach Symmetrie oder größer als 4-fach Symmetrie möglich. In 3 werden verschiedene zuvor diskutierte Punkte gezeigt, wie etwa die Hill- und Valley-Sektoren, die Vakuumkammer (9), die kreisförmigen Spulen (6), das Rückflussjoch (2) und die Beschleunigungselektroden (14). Es werden auch die letzte vollständige Windung (11) im Zyklotron und der extrahierte Strahl (12) gezeigt.
  • Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die erforderliche plötzliche Verringerung der Lorentzkraft durch eine schnelle Abnahme des Magnetfelds in der Nähe des Polrandes bewirkt wird. Zur Ermöglichung eines genügend schnellen Abfalls des Magnetfelds muss der vertikale Spalt zwischen den Polen des Hill-Sektors klein sein. Vorzugsweise sollte das Verhältnis zwischen dem senkrechten Spalt des Hill-Sektors nahe dem maximalen Radius und der radialen Zunahme pro Windung der Partikel bei diesem Radius weniger als etwa 20 betragen.
  • Vorzugsweise weist das Profil des vertikalen Spalts des Hill-Sektors in der Nähe des äußeren Radius des Pols eine elliptische oder quasi-elliptische (20) Form auf, mit der Tendenz, sich in Richtung zum maximalen Polradius hin zu schließen. Ein solches Profil erlaubt es, die Teilchen sehr nahe an den äußeren Radius des Hill-Sektors zu beschleunigen, ohne dabei die fokussierende Wirkung und den Isochronismus des Magnetfelds einzubüßen und weiterhin ein Magnetfeld zu erzeugen, das einen sehr steilen Abfall genau unterhalb des Polradius zeigt. Als Folge davon ist die magnetische Kraft, die auf die extrahierte Bahn wirkt, wesentlich geringer als die Wirkung derselben Kraft auf die letzte interne Bahn.
  • Ein weiteres neues Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass mindestens ein Paar der Hill-Sektoren (3) im Zyklotron signifikant länger als das andere Paar von Hill-Sektoren (4) ist. Diese Verlängerung mindestens eines Paares von Hill-Sektoren bewirkt eine Ausdehnung der Magnetfeldkartierung über diesen Sektor, welche so gestaltet werden kann, dass der Extraktionsprozess und die optischen Eigenschaften des extrahierten Strahls optimiert werden.
  • Ein weiteres neues wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass bei der oben beschriebenen Verlängerung des Hill-Sektors eine Vertiefung (7) hergestellt wird, welche der Form des extrahierten Strahls (12) dieses Sektors folgt und die, in Kombination mit dem kleinen Spalt im Hill-Sektor und dem quasi-elliptischen Spaltprofil (20) wie oben beschrieben, die erforderliche plötzliche Abnahme des Magnetfelds und der Lorentzkraft bewirkt. Die Wirkung dieser Vertiefung (7) ist mit jener der elektrostatischen Ablenkplatte vergleichbar und man könnte sagen, dass diese die elektrostatische Ablenkplatte ersetzt. Tatsächlich erzeugt die Vertiefung einen scharfen Abfall des Magnetfelds in solchem Sinne, dass, als Funktion des Radius, das Feld scharf bis auf ein Minimum abfällt, jedoch daraufhin auf mehr oder weniger denselben Ausgangswert ansteigt. Dies ist von Bedeutung, weil verhindert wird, dass die Qualität des extrahierten Strahls auf Grund der hinlänglich bekannten horizontalen defokussierenden Wirkung einer abfallenden Magnetfeldgestalt zerstört wird. Die Geometrie der Vertiefung wird in 4 veranschaulicht, gemeinsam mit der quasi-elliptischen Form des Spalts im Hill-Sektor. Die Figur zeigt auch die Form des Magnetfelds und insbesondere den durch die Vertiefung (7) erzeugten scharfen Abfall (200) im Feld.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, genauer beschrieben in 5, kann die äußere Grenze der Vertiefung auch über das radiale Ende des verlängerten Hill-Sektors hinaus verlegt werden, in welchem Fall eine Art von „Plateau" (7') gebildet wird, welches jedoch weiterhin durch die schrittweise Zunahme des senkrechten Spalts der Hill-Sektoren und der damit verbundenen plötzlichen Abnahme des Magnetfelds (nicht dargestellt) nahe der inneren Grenze des „Plateaus" (7') gekennzeichnet ist.
  • Es muss festgestellt werden, dass die Dichteverteilung des Strahls im Zyklotron ein kontinuierliches Profil darstellt, das ein Maximum auf dem Schwerpunkt einer Windung und ein Minimum, welches ungleich null ist, zwischen zwei Windungen zeigt. Die an diesem Minimum befindlichen Teilchen können Strahlenverluste beim Extraktionsprozess bewirken. Dieser Strahlenverlust kann durch Erhöhung der Windungstrennung zwischen der letzten internen Bahn im Gerät und der extrahierten Bahn am Azimuth, wo sich die Vertiefung befindet, wesentlich verringert werden. Neben der plötzlichen Abnahme der Lorentzkraft ist dies die zweite entscheidende Voraussetzung für eine effiziente Extraktion des Strahls.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden drei unabhängige Verfahren zur Erhöhung der Windungstrennung nahe dem Extraktionsradius vorgeschlagen. Alle drei Methoden sind auf die Bildung einer ersten harmonischen Fourier Komponente im Magnetfeld des Zyklotrons oberhalb des Extraktionsradius angewiesen. Eine erste harmonische Feldkomponente ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass sich ihr Magnetfeld wie eine Sinus-Funktion oder Kosinus-Funktion des Azimutwinkels mit einer Periode von 360 Grad verhält. Bei richtiger Wahl der Amplitude und der Azimutphase solch einer ersten harmonischen Feldkomponente wird eine kohärente Schwingung des Strahls erzeugt, was zu der erhöhten Windungstrennung an erwünschter Stelle im Zyklotron führt.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zur Erhöhung der Windungstrennung durch die Verwendung von kleinen harmonischen Korrekturspulen (40a und 40b) an einem unteren Radius des Geräts gekennzeichnet. Eine mögliche Anordnung wie in 3 dargestellt ist das Anbringen in einer Spalte von Hill-Sektoren einer oberen und unteren Spule (40a), die eine positive Feldkomponente bilden sowie im gegenüber liegenden Sektor ein eben solches Paar von Spulen, die eine negative Feldkomponente bilden. Mit solch einem ersten Satz von harmonischen Spulen kann die Amplitude der kohärenten Schwingung variiert werden, die Phase ist jedoch festgelegt. Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform muss der Strahl jedoch immer noch mehrere Windungen zwischen dem Radius der harmonischen Spulen und dem Extraktionsradius zurücklegen und dann ist eine Anpassung nur der Amplitude der kohärenten Schwingung nicht ausreichend. Eine flexiblere Anordnung ist diejenige, bei der ein zweiter Satz von Spulen in einem Azimuthwinkel von 90 Grad bezüglich des ersten Satzes eingerichtet wird. Mit einer solchen Anordnung können die Amplitude wie auch die Phase der kohärenten Schwingung variiert werden. Weitere Anordnungen sind möglich, bei denen anstatt von vier Paaren harmonischer Spulen drei Paare verwendet werden, die azimuthisch 120 Grad auseinander angebracht werden. Dies wäre eine bevorzugte Anordnung für einen Zyklotron mit 3-fach Symmetrie.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zur Erhöhung der Windungstrennung durch Modifizierung des Profils des Spalts der beiden Hill-Sektoren gekennzeichnet, welche bei Azimuten von +90 Grad und –90 Grad bezüglich des verlängerten Hill-Sektors so angeordnet sind, dass in einem Sektor das Spaltprofil einen Anstieg enthält und sich somit schnell schließt und dann wieder öffnet, und im gegenüber liegenden Sektor das Spaltprofil einen Abfall enthält und sich somit schnell öffnet und dann wieder schließt. Beide Profile des Spalts der Hill-Sektoren werden in den 6a und 6b veranschaulicht. Dieses Extraktionsschema ist eine Alternative zu dem vorhergehenden Verfahren und wird in 7 veranschaulicht. Hier zeigt die Referenz (42a) die erforderliche annähernde Position des Anstiegs und die Referenz (42b) die erforderliche annähernde Position des Abfalls. Diese Anordnung bildet eine starke erste harmonische Komponente, deren Azimutphase 90 Grad in Bezug auf den Azimut beträgt, bei dem sich die Vertiefung befindet. Bei diesem Verfahren gibt es nur eine Windung zwischen dem ersten harmonischen Radius und dem Extraktionsradius, und somit ist eine Möglichkeit zur Anpassung der Phase der ersten Oberschwingung nicht erforderlich. Idealerweise ist das radiale Profil und die radiale Position des ersten Oberschwingung auf dem Hill-Sektor so gewählt, dass die letzte Windung im Gerät stark von dieser Störung beeinflusst wird und die vorletzte Windung nicht beeinträchtigt wird. Dies erfordert eine plötzliche Veränderung des Magnetfeldprofils, was wiederum nur möglich ist, wenn der senkrechte Spalt des Hill-Sektors genügend klein ist, wie vorstehend beansprucht.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, ist das Verfahren zur Erhöhung der Windungstrennung gekennzeichnet durch die Anordnung von Permanentmagneten (44a und 44b) in zwei gegenüber liegenden Valleys, so dass in einem Valley eine positive senkrechte Feldkomponente gebildet wird und im gegenüber liegenden Valley eine negative senkrechte Feldkomponente. Insoweit als das optische Strahlenverhalten betroffen ist, ist dieses Verfahren dem vorhergehenden Verfahren äquivalent. Die Permanentmagneten sollten an Azimuten von annähernd +90 Grad und –90 Grad bezüglich des Azimuts des letzten Eingangs der Vertiefung liegen und bei einem Radius, so dass die letzte Windung des Geräts von deren Magnetfeld beeinflusst wird und die vorletzte Windung nicht beeinträchtigt wird. Dieses Verfahren profitiert von der Tatsache, dass in den Valley-Sektoren das Magnetfeldniveau niedrig genug ist, um eine Verwendung von permanentmagnetischen Materialien zu gestatten ohne die Komplikation einer möglichen Entmagnetisierung dieser Magneten aufzuweisen. Auch hier ist ein scharfer Gradient im Radialprofil der ersten harmonischen Komponente erforderlich. Dies kann, wie später diskutiert, durch eine spezielle Anordnung der Permanentmagneten erreicht werden. Dieses Extraktionsschema, welches eine Alternative zu den vorangehenden Verfahren darstellt, wird in 8 veranschaulicht. Hier deuten die Referenzen (44a) und (44b) die annähernde Position der Permanentmagneten im Zyklotron an, welche die erforderliche erste harmonische Feldkomponente bilden.
  • Wenn der extrahierte Strahl den verlängerten Hill-Sektor verlässt, weicht er horizontal ab auf Grund des optischen Einflusses der Magnetfeldgestalt, welche durch die Vertiefung erzeugt wird. Zur Rückfokussierung des Strahls wird ein Gradientenkorrektor im Valley beim Ausgang der Vertiefung angebracht. In den Abbildung wird dieser Gradientenkorrektor mit Referenz (10) bezeichnet.
  • Vorzugsweise weist der Entwurf des Gradientenkorrektors die folgenden Merkmale auf:
    • – er wird von Permanentmagneten gebildet und es wird kein Eisen oder andere weiche ferromagnetische Materialien zur Abschirmung der Permanentmagneten verwendet; dies ist auf Grund des relativ niedrigen Magnetfelds im Valley möglich,
    • – es gibt beinahe keine Störung der internen Bahnen im Zyklotron,
    • – es gibt einen vollständig geöffneten senkrechten Spalt und daher kein unerwünschtes Abfangen eines Teils des Strahls durch Hindernisse in der Medianebene.
  • 9 zeigt einen schematischen Schnitt durch den Gradientenkorrektor. Die radiale Position des extrahierten Strahls sowie des internen Strahls wird in der Figur angedeutet. Der erforderliche negative Gradient des Magnetfelds wird im Grunde mit den vier größeren Permanentmagneten (250) erhalten, welche die angedeutete Polarität aufweisen. An der Innenseite befinden sich jedoch zwei weitere kleinere Permanentmagneten (300), welche zum Ausgleich der Stärke des störenden Magnetfelds an der Stelle des internen Strahls dienen. Die auf diese Weise erhaltene Gestalt des Magnetfelds wird in 9 mit der durchgezogenen Linie angedeutet. Als Vergleich wird auch das Magnetfeld angegeben, welches ohne diesen Ausgleich erhalten würde (gestrichelte Linie).
  • Ein ähnlicher Entwurf wie in 9 dargestellt kann für die Referenzen (44a) und (44b) in 8 verwendet werden, die das Extraktionsschema betreffen, bei dem die erste harmonische Feldkomponente durch in den Valleys befindliche Permanentmagneten gebildet wird. In diesem Fall wird jedoch nicht die fokussierende Wirkung ausgenutzt, sondern der schnelle Anstieg des Magnetfelds an der Seite des inneren Radius der Vorrichtung, welcher ebenfalls durch die kleinen ausgleichenden Permanentmagneten bewirkt wird. Wie bereits zuvor erwähnt, ist ein solcher scharfer Anstieg erforderlich, um zu erreichen, dass die letzte Windung stark durch die erste harmonische Feldkomponente beeinflusst wird, die vorletzte jedoch nicht.
  • Vorzugsweise kann die Verwendung des Irrstrahlstops (8) für die verschiedenen in den 3, 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen vorgeschlagen werden. Die Aufgabe dieses Strahlstops ist es, den kleinen Anteil des Strahl, welcher nicht richtig extrahiert wird und welcher anderenfalls unerwünschte Teile des Zyklotrons radioaktiv machen oder beschädigen würde, abzufangen. Der Strahlenverlust an diesem Strahlstop ist vergleichbar mit dem Strahlenverlust am Septum, was beim herkömmlichen Extraktionsverfahren unter Verwendung der elektrostatischen Ablenkplatte vorkommt. Der wesentliche Vorteil der vorgeschlagenen Extraktionsverfahren ist jedoch, dass dieser Strahlstop an einer Stelle angebracht werden kann, an der die Windungstrennung zwischen dem internen Strahl und dem abgetrennten Strahl bereits in der Größenordnung von 10 cm liegt. Infolgedessen wird die Strahlendichte des Irrstrahls wesentlich verringert und eine Wasserkühlung ist wesentlich vereinfacht und effizienter. Das Problem der thermischen Erwärmung ist daher wesentlich geringer als es beim Septum der Fall ist. Des weiteren kann der Entwurf und das Herstellungsmaterial des Strahlstops optimal ausgewählt werden, um beinahe sämtliche Wärme im Kühlwasser aufzuzehren und die Bildung von Neutronenstrahlung zu minimieren. Im Falle einer elektrostatischen Ablenkplatte ist diese Auswahl nicht frei, auf Grund des Vorkommens hoher elektrischer Felder. Die Verwendung des Irrstrahlsstops erlaubt es viel höhere Intensitäten zu extrahieren als die, welche durch das herkömmliche Verfahren mit einer elektrostatischen Ablenkplatte erhalten werden können. 10 veranschaulicht den vorgeschlagenen Entwurf des Irrstrahlstops (8). Er ist so entworfen, dass er den Schweif an der Innenseite des extrahierten Strahls (12) abfängt, aber auch den Schweif an der Außenseite des internen Strahls (11). Auf diese Weise, durch richtige Positionierung des Strahlstops, können sämtliche Anteile niedriger Qualität des Strahls wirksam entfernt werden. Durch Anwendung eines hohen Einlassdrucks wird das Kühlwasser mit hoher Geschwindigkeit in den engen Kanal gezwungen. Diese hohe Geschwindigkeit erhöht die Kühleffizienz wesentlich. Das Kühlwasser ist von der dünnen Aluminiumwand umgeben. Die meiste Wärme wird daher im Wasser aufgezehrt. Die Bildung von Neutronen in Aluminium ebenso wie in Wasser ist gering.
  • Nach dem Durchgang durch den Gradientenkorrektor (10) verlässt der Strahl den Zyklotron durch einen Ausgangsport (17) in der Vakuumkammer und durch einen Ausgangsport (18) im Rückflussjoch (2). An diesem Ausgangsport ist eine Quadrupoldublette (13) angebracht, um den Strahl in waagrechter wie in senkrechter Richtung zu fokussieren. Um einen kompakten Entwurf zu gestatten, bestehen die Quadrupole aus nicht abgeschirmten Permanentmagneten (400). Hier ist wiederum keine Abschirmung erforderlich auf Grund des geringen Magnetfelds im Ausgangsport. 11 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Quadrupol. Die Polarität der Permanentmagneten (400) wird von den Pfeilen angedeutet. Die Ausmaße der Permanentmagneten sind optimiert, um die nicht linearen Beiträge im Feld über die gesamte Bohrung des Quadrupols zu minimieren.

Claims (13)

  1. Supraleitender oder nicht supraleitender Isochron-Zyklotron mit fokussierendem Sektor, umfassend einen Elektromagneten mit mindestens einem oberen Pol und mindestens einem unteren Pol, welche den Magnetkreis bilden, wobei die Pole zusammen aus mindestens drei Sektorpaaren (3, 4) bestehen, die „Paare von Hill-Sektoren" genannt werden und voneinander durch ein Paar von Sektoren (3, 4), genannt „Paare von Valley-Sektoren", getrennt sind, wobei jedes Paar von Hill-Sektoren und jedes Paar von Valley-Sektoren einen oberen Sektor und einen unteren Sektor umfasst, die in Bezug auf die symmetrische Ebene des Zyklotrons, genannt die Medianebene (100), symmetrisch angeordnet sind, wobei sich dazwischen ein senkrechter Spalt befindet, der für die Paare von Hill-Sektoren wesentlich kleiner ist als für die Paare von Valley-Sektoren, wobei der Zyklotron durch mindestens ein Paar von Hauptspulen (6) mit Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: (i) mindestens ein Paar von Hill-Sektoren in radialer Richtung des Zyklotrons signifikant länger ist als die übrigen Paare von Hill-Sektoren, um mindestens ein Paar verlängerter Hill-Sektoren (3) und mindestens ein Paar nicht verlängerter Hill-Sektoren (4) zu haben; (ii) an dem radialen Ende des Paars an verlängerten Hill-Sektoren (3) eine Vertiefung (7) oder ein Plateau (7') vorhanden sind, wobei die Vertiefung (7) oder das Plateau (7') der Form der extrahierten Bahn und des senkrechten Spalts an der Vertiefung (7) oder an dem Plateau (7') folgen und sich dabei schrittweise erhöhen, um einen sehr steilen Abfall oder eine sehr steile Verringerung (200) des Magnetfelds im verlängerten Teil des Hill-Sektors zu erhalten.
  2. Zyklotron nach Anspruch 1, wobei die Hill-Sektoren (3) in dem Paar von verlängerten Hill-Sektoren in radialer Richtung des Zyklotrons einige Zentimeter länger sind, vorzugsweise um zwischen 2 und 10 Zentimeter, als die Hill-Sektoren (4) in den Paaren von nicht verlängerten Hill-Sektoren.
  3. Zyklotron nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefung (7) auf einige Zentimeter begrenzt ist, so dass sie sich vollständig auf dem Paar von verlängerten Hill-Sektoren (3) befindet.
  4. Zyklotron nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein „Plateau" (7') gebildet wird, indem die äußere Grenze der Vertiefung über das radiale Ende des Paars von verlängerten Hill-Sektoren (3) hinaus verlegt wird.
  5. Zyklotron nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrechte Spalt in den nicht verlängerten Hill-Sektoren (4) sowie der senkrechte Spalt in den verlängerten Hill-Sektoren (3) ein im wesentlichen elliptisches Profil (20) hat, was dazu neigt, sich am radialen Ende der Hill-Sektoren in Richtung der Medianebene (100) zu schließen.
  6. Zyklotron nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Satz harmonischer Spulen (40a und 40b), umfassend eine Spule, die eine positive Magnetfeldkomponente produziert, und eine Spule, die eine negative Magnetfeldkomponente produziert, in den senkrechten Spalt eines Paars von Hill-Sektoren in einer solchen Konfiguration platziert ist, dass die Amplitude sowie die Phase der kohärenten Schwingung variiert werden können, wobei die Spulen an dieser Stelle im wesentlichen die Form der lokalen Bahn haben.
  7. Zyklotron nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des senkrechten Hill-Spalts auf den gegenüber liegenden Hill-Sektoren so verformt ist, dass ein Profil auf der letzten Windung (11) der Bahn eine deutliche Erhebung (42a) aufweist und das andere Profil auf der letzten Windung (11) der Bahn einen deutlichen Abfall (42b) aufweist.
  8. Zyklotron nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von Permanentmagneten (44a und 44b) in zwei gegenüber liegende Valleys platziert wird, so dass in einem Valley auf der letzten Windung (11) der Bahn eine scharfe Erhebung des Magnetfelds erzeugt wird und im gegenüber liegenden Valley auf der letzten Windung (11) der Bahn ein Abfall des Magnetfelds erzeugt wird.
  9. Zyklotron nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Ausgang der Vertiefung (7) ein Gradientenkorrektor (10) vorhanden ist.
  10. Zyklotron nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradientenkorrektor (10) nicht abgeschirmte Permanentmagnete (250) umfasst und einen vollständig offenen, senkrechten Spalt und kleine, kompensierende Permanentmagneten (300) aufweist, um das störende Magnetfeld an der internen Bahn zu minimieren.
  11. Zyklotron nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Ausgang des Gradientenkorrektors (10) ein Irrstrahlstop (8) an einem Azimut platziert ist, bei dem eine signifikante Windungstrennung zwischen dem extrahierten Strahl (12) und der letzten Windung (11) der Bahn vorliegt.
  12. Zyklotron nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückflussjoch (2) nach dem Vakuumausgangsport (17) ein Paar waagrecht und senkrecht fokussierender Quadrupole (13) angebracht ist, die aus nicht abgeschirmten Permanentmagneten (400) bestehen.
  13. Verwendung des Zyklotrons nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche zum Extrahieren eines geladenen Teilchenstrahls auf der letzten Windung (11) der Bahn durch Produzieren eines scharfen Abfalls (200) des Magnetfelds.
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