ES2248060T3

ES2248060T3 - Portico con sitema ionico-optico.

Info

Publication number: ES2248060T3
Application number: ES00915196T
Authority: ES
Inventors: Alexeiy Dolinskii; Bernhard Franczak; Marius Pavlovic
Original assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Current assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: WO2000060611A1; DE60023864D1; EP1166280B1; EP1041579A1; JP4523723B2; JP2002541464A; EP1166280A1; DE60023864T2; US6476403B1; ATE309609T1

Abstract

Pórtico con un sistema iónico-óptico, que comprende: - un primer imán de deflexión (1) con un ángulo de deflexión en el margen de 40º a 45º para desviar un haz de iones (4) fuera de un eje (7) de rotación de dicho pórtico; - un segundo imán de deflexión (2) con un ángulo de deflexión idéntico al ángulo de deflexión del primer imán de deflexión (1), para desviar dicho haz de iones (4) paralelo a dicho eje (7) de rotación de dicho pórtico (5); - un tercer imán de deflexión (3) con un ángulo de deflexión en el margen de 45º a 90º para desviar dicho haz de iones (4) hacia una intersección (6) de dicho haz de iones (4) con el citado eje (7) de rotación del pórtico (5), en el que el punto de intersección (6) se denomina isocentro.

Description

Pórtico con sistema iónico-óptico.

La presente solicitud y la solicitud anterior relacionada EP 990106657 (EP.A-1041579), que tienen la misa fecha de prioridad del 01-04-1999, se refieren a un pórtico con un sistema iónico-óptico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Tal sistema iónico-óptico para un pórtico comprende un primer imán de deflexión con un ángulo de deflexión, como es conocido a partir del documento US-4.870.287, de 90º para desviar un haz de protones fuera de un eje de rotación de dicho pórtico. Además, un segundo imán de deflexión con un ángulo de deflexión idéntico al ángulo de deflexión del primer imán de deflexión, desvía dicho haz en paralelo a dicho eje del citado pórtico. Finalmente, un tercer imán de deflexión con un ángulo de deflexión de 90º de acuerdo con la técnica anterior mencionada, desvía dicho haz de iones hacia una intersección del mencionado haz de iones con dicho eje de rotación de dicho pórtico. Esta intersección se denomina isocentro.

A partir del documento US-4.870.287 se sabe, además, que entre el primero y el segundo imanes de deflexión hay situados dos imanes cuadrupolo. Asimismo, entre el segundo y el tercer imanes de deflexión, hay posicionados otros dos imanes cuadrupolo. Sin embargo, la desventaja de un pórtico de esta clase es que, si en la entrada del pórtico se introduce un haz de iones no simétrico procedente de una línea fija de transferencia, el transporte del haz en el interior de dicho pórtico con sólo cuatro cuadrupolos resulta dependiente del ángulo de rotación del pórtico, entendiéndose que el haz no simétrico es un haz con diferentes emitancias en los planos vertical y horizontal.

Tanto estudios teóricos de sincrotrones para uso médico como las mediciones realizadas en instalaciones existentes, han mostrado que los haces extraídos lentamente carecen de las antes mencionadas emitancias diferentes en los planos horizontal y vertical. Esto complica la adaptación de la línea fija de transferencia al pórtico giratorio. Los parámetros del haz de entrada en los planos horizontal y vertical del pórtico son función del ángulo de rotación del pórtico y esta dependencia, de no tomarse precauciones especiales, es trasladada también a los parámetros del haz en la salida del pórtico.

Para superar estas desventajas, M. Benedikt y C. Carli, en "Adaptación a pórticos para sincrotrones de uso médico", en la Particle Accelerator Conference PAC `97, celebrada en Vancouver, Canadá, en 1997, propusieron una sección de adaptación especial denominada "rotador" que comprende, además de los imanes cuadrupolo contenidos en el pórtico, una pluralidad de otros imanes cuadrupolo. El rotador se sitúa aguas arriba del pórtico, en el interior de la línea fija de transferencia.

El rotador proporciona un método universal para adaptar los pórticos giratorios a las líneas fijas de transferencia sin aplicar ninguna restricción de tipo iónico-óptico específica a los pórticos. Por otra parte, ocupa unos 10 m más de longitud de la línea de transferencia, lo cual supone una desventaja para el diseño de complejos aceleradores de uso médico extremadamente compactos para instalación en hospitales.

Además, todo el rotador ha de ser hecho girar de forma sincronizada con el pórtico, lo que exige un equipo adicional para conseguir una rotación mecánica extremadamente precisa.

Por tanto, el objeto del presente invento es ahorrar espacio y costes y evitar la necesidad de dicho rotador, de forma que resulte posible un transporte de haces de iones no simétricos independiente de la rotación del pórtico. Así, los ajustes iónico-ópticos deben hacer que los parámetros del haz en la salida del pórtico sean independientes del ángulo de rotación del pórtico aún cuando el haz entre en el pórtico con una emitancia diferente en los planos horizontal y vertical.

Este objeto se consigue merced al objeto de la reivindicación 1 independiente. Características de realizaciones preferidas se incluyen en las reivindicaciones dependientes, subordinadas a la reivindicación 1.

Por tanto, el pórtico con un sistema iónico-óptico comprende, además:

-: un imán de barrido horizontal posicionado aguas arriba de dicho tercer imán de deflexión para realizar el barrido horizontal de dicho haz de iones en un plano perpendicular a la dirección del haz;

-: un imán de barrido vertical posicionado aguas arriba de dicho tercer imán de deflexión para realizar el barrido vertical de dicho haz de iones en un plano perpendicular a la dirección del haz;

-: al menos seis imanes cuadrupolo con excitación ajustable, posicionados aguas abajo del citado primer imán de deflexión y aguas arriba de dichos imanes de barrido, en el que los imanes cuadrupolo proporcionan:

-: un transporte de haz completamente acromático desde la entrada al pórtico hasta el isocentro;

-: un control del tamaño del citado haz de iones en el isocentro dependiente de un diseño predefinido del tamaño del haz; y

-: que el tamaño de dicho haz de iones en el isocentro y la forma de la traza del citado haz de iones en el isocentro sean independientes del ángulo de rotación del pórtico, en el que el pórtico puede ser hecho girar en un ángulo comprendido entre 0º y 360º con respecto a una línea fija de transferencia de haz que conecta un acelerador con el pórtico y en el que dicho haz de iones procedente de dicha línea fija de transferencia de haz y que entra en dicho pórtico, tiene diferentes emitancias en los planos horizontal y vertical de dicha línea fija de transferencia de haz.

Es un hecho bien sabido que los haces de iones tienen (típicamente 1 \leq Z \leq 8) propiedades físicas y biológicas favorables para su uso en la terapia contra el cáncer. La técnica más apropiada para la aplicación del haz, en particular en el caso de iones más pesados que los protones, es la que se conoce como barrido con haz activo, que comprende una variación de energía del acelerador y un barrido en retícula lateral de intensidad controlada de acuerdo con la parte caracterizadora de la reivindicación 1. En contraste con una aplicación pasiva del haz, los sistemas de barrido activo pretenden aplicar al paciente un estrecho haz, como un lápiz, con un tamaño de traza variable y realizar un barrido con él por toda el área de tratamiento.

La formación y la conservación del haz a modo de lápiz mediante el sistema de transporte del haz tiene una importancia crucial, en este caso, para el sistema iónico-óptico del pórtico. La conformidad entre dosis y blanco puede optimizarse, además, si el haz puede entrar en el paciente en cualquier dirección. Esta tarea corre a cargo del mencionado pórtico, que es hecho girar en torno al eje horizontal con respecto al sistema de coordenadas del recinto. La combinación del barrido con el haz a modo de lápiz con un pórtico giratorio, supone la aparición de otros problemas especiales de género iónico-óptico.

El haz es descrito en la salida de la línea de transferencia, en la entrada del pórtico y en el isocentro del pórtico por sus matrices sigma \sigma(0), \sigma(1) y \sigma(2), respectivamente, cuyas matrices sigma tienen, en general, la forma:

1

donde i = 0, 1, 2 y los términos individuales de la matriz tienen su significado habitual. La matriz sigma es una matriz real, positiva, definida y simétrica. Las raíces cuadradas de los términos en diagonal de la matriz sigma son una medida del tamaño del haz en las coordenadas x, x', y e y', siendo [x, x', y, y'] un espacio de fase tetradimensional en el que el haz ocupa un volumen en el interior de un elipsoide tetradimensional caracterizado por la matriz sigma. Los términos fuera de las diagonales determinan la orientación del elipsoide en el espacio de fase. En la salida de la línea de transferencia se espera un haz denominado no acoplado, es decir, no existe correlación entre los dos espacios de fase transversales [x, x'] e [y, y']. En tal caso, los elementos de la matriz sigma que acoplan las fases horizontal y vertical desaparecen. Teniendo en cuenta estas propiedades, la matriz sigma del haz en la salida de la línea de transferencia puede escribirse en forma simplificada:

2

Si se hace girar el pórtico con respecto a la línea fija de transferencia en un ángulo \alpha, la matriz sigma del haz en la entrada del pórtico, \sigma(1), vendrá dada por la transformación

(3)\sigma(1) = M_{\alpha} \cdot \sigma(0) \cdot M_{\alpha}{}^{T}

donde M_{\alpha}^{T} es una matriz de transposición a M_{\alpha} que describe la rotación del sistema de coordenadas en un ángulo \alpha y que tiene la forma

3

El sistema de transporte de haz del pórtico se caracteriza por su matriz de transferencia M_{GAN}:

4

La matriz de transferencia M_{GAN} debe satisfacer la condición

(6)detM_{GAN} = 1

En la ecuación (5) se supone ya que no existe acoplamiento entre los planos horizontal y vertical de la propia óptica del pórtico. Los términos pertinentes han sido puestos a cero. Además, se supone que el sistema de transporte de haz del pórtico es acromático en el isocentro del pórtico.

(7,8)(D_{ISO} = 0, D'_{ISO} = 0

donde D_{ISO} es la función de dispersión en el isocentro del pórtico), lo que permite escribir la matriz de transferencia M_{GAN} en forma 4 x 4 sin los términos relacionados con la función de dispersión. La matriz sigma del haz en el isocentro del pórtico, \sigma(2), viene dada por la relación:

(9)\sigma(2) = M_{GAN} \cdot \sigma(1) \cdot M_{GAN}{}^{T}

El transporte acromático del haz en el pórtico también debe ser independiente del ángulo de rotación del pórtico. Esto puede conseguirse si la función de dispersión y su derivada se hacen cero en la entrada del pórtico. Esto se traslada a las restricciones iónico-ópticas sobre la línea de transferencia para formar una región libre de dispersión en su salida.

No todos los parámetros en el isocentro del pórtico deben ser independientes del ángulo de rotación del pórtico. Para la irradiación de tumores, basta con conseguir una independencia angular para el tamaño del haz en ambos planos transversales y para la forma de la traza del haz. Se necesita una traza redonda. En el lenguaje del formalismo de la matriz sigma, estos requisitos pueden escribirse como:

(10)\sigma(2)_{11} = \sigma(2)_{33} \neq f(\alpha) Y \sigma(2)_{13} = 0 \neq f(\alpha)

Además, el tamaño del haz debe ser ajustable entre 4 y 10 mm de diámetro.

Tras enumerar las suposiciones básicas, se puede proceder a investigar una dependencia de los parámetros del haz en el isocentro del pórtico del ángulo de rotación del pórtico. Es conveniente combinar las ecuaciones (3) y (9) con el fin de expresar la transformación global desde la salida de la línea de transferencia hasta el isocentro del pórtico.

(11)\sigma(2) = M_{GAN} \cdot \sigma(1) \cdot M^{T}_{GAN} = M_{GAN} \cdot M_{\alpha} \cdot \sigma(0) \cdot M^{T}_{\alpha}\cdot M^{T}_{GAN} = M_{GLOBAL} \cdot \sigma(0) \cdot M^{T}_{GLOBAL}

donde M_{GLOBAL} es la matriz de transferencia global desde la salida de la línea de transferencia al isocentro del pórtico, dada por la relación:

(12)M_{GLOBAL} = M_{GAN} \cdot M_{\alpha}

Como la matriz M_{\alpha} contiene los términos que dependen del ángulo \alpha de rotación del pórtico (véase la ecuación 4), estos términos "penetran" también hasta la matriz sigma del haz en el isocentro del pórtico \sigma(2) a través de la transformación (11). Empecemos realizando la multiplicación matricial (11):

(13)\sigma(2)_{11} = r^{2}{}_{11}\cdot [\sigma(0)_{11}cos^{2}\alpha + \sigma(0)_{33}sen^{2}\alpha] + 2r_{11}r_{12}\sigma(0)_{12}cos^{2}\alpha + r^{2}{}_{12} \cdot [\sigma(0)_{22}cos^{2}\alpha + \sigma(0)_{44}sen^{2}\alpha] + 2r_{11}r_{12}\sigma(0)_{34}sen^{2}\alpha

Es interesante encontrar que resulta factible eliminar los términos que contienen \alpha en la ecuación (13) y que, incluso, hay varias formas de hacerlo. La ecuación (13) se convierte en:

(14)\sigma(2)_{11} = r^{2}{}_{12}\cdot \sigma(0)_{22} \neq f(\alpha) \ si \ r_{11} = \ 0 \ Y \ \sigma(0)_{22} = \sigma(0)_{44}

o

(15)\sigma(2)_{11} = r^{2}{}_{11}\cdot \sigma(0)_{11} \neq f(\alpha) \ si \ r_{12} = 0 \ Y \ \sigma(0)_{11} = \sigma(0)_{33}

Puede obtenerse un idéntico conjunto de restricciones en el plano vertical del pórtico:

(16)\{r_{33} = 0 \ Y \ \sigma(0)_{22} = \sigma(0)_{44}\} \ O \ \{r_{34} = 0 \ Y \ \sigma(0)_{11} = \sigma(0)_{33}\}

El término \sigma(2)_{13} de correlación xy será:

(17)\sigma(2)_{13} = sen\alpha \ cos\alpha \cdot [r_{11}r_{33}(\sigma(0)_{33} - \sigma(0)_{11}) + r_{11}r_{34}(\sigma(0)_{34} -\sigma(0)_{12}) + r_{12}r_{34}(\sigma(0)_{44} - \sigma(0)_{22}) + r_{11}r_{34}(\sigma(0)_{33} - \sigma(0)_{12})]

La condición \sigma(2)_{13} = 0 \neq f(\alpha) se satisface si se cumplen las siguientes restricciones:

\{r_{11} = 0 \ Y \ r_{33} = 0 \ Y \ \sigma(0)_{22} = \sigma(0)_{44}\}

o

\{r_{12} = 0 \ Y \ r_{34} = 0 \ Y \ \sigma(0)_{11} = \sigma(0)_{33}\}

Las relaciones lógicas entre las anteriores restricciones iónico-ópticas se esquematizan en la Tabla 1.

Se describen ahora con mayor detalle, con respecto a los dibujos adjuntos, realizaciones preferidas y otras ventajas del presente invento.

La Fig. 1 es un esquema de un pórtico.

La Fig. 2 es un diagrama de envolventes de haz del pórtico para dos posiciones significativas del pórtico.

La Fig. 3 es un diagrama de envolventes de haz del pórtico en función del ángulo de rotación del pórtico.

La Fig. 4 es una ilustración de la acción de los imanes de barrido.

El anterior análisis matricial fue seguido por simulaciones de ordenador. Las restricciones se aplicaron sobre un pórtico conductor normal isocéntrico. Su esquema se muestra en la Fig. 1, en la que los números de referencia 20-27 designan imanes cuadrupolo, 1 y 2 designan imanes de deflexión a 42º como primero y segundo imanes de deflexión, respectivamente, 3 designa un imán de deflexión a 90º como tercer imán de deflexión, 4 designa un haz de iones, 7 designa un eje de rotación del pórtico 5, 10 designa un isocentro, 30 designa la entrada del pórtico y 6 designa la intersección del haz de iones 4 y el eje 7 en el isocentro 10, 11 designa un escáner horizontal, 12 designa un escáner vertical, 13 de-
signa una rotación de 30º de la cara polar de entrada 15, y 14 designa una rotación de 21º de la cara polar de salida 16.

Se supone que las emitancias del haz de entrada eran \varepsilon_{x} = 5\pi mm.mrad y \varepsilon_{y} = 1\pi mm.mrad en los dos planos transversales, dispersión de momento \Deltap/p = 0,2%. Las simulaciones muestran que satisface las restricciones iónico-ópticas requeridas y consigue un enfoque satisfactorio del haz para un haz de entrada con una pequeña divergencia que cumpla la condición \sigma(0)_{22} = \sigma(0)_{44} (columna izquierda de la Tabla 1). Las Figuras 2a y 2b muestran las envolventes 40 y 41 de
haz del pórtico 5 para dos posiciones significativas del pórtico que difieren en un ángulo de rotación del pórtico de 90º.

La Fig. 2a representa una situación en que el pórtico transporta el haz con la emitancia mínima en su plano horizontal. La Fig. 2b ilustra una situación en que el pórtico transporta el haz con la emitancia mínima en su plano vertical. Los números de referencia 20-27 designan cuadrupolos, 1 y 2 designan imanes de deflexión a 42º, 3 designa un imán de deflexión a 90º, la envolvente superior 40 del haz designa un plano horizontal del pórtico 5 y la envolvente inferior 41 del haz designa un plano vertical del pórtico y la línea interrumpida 42 designa una función de dispersión.

En una posición, el plano horizontal del pórtico 5 transporta el haz 4 con la emitancia máxima; en la otra posición, el plano horizontal del pórtico 5 transporta el haz 4 con la emitancia mínima.

Con el fin de demostrar la independencia angular del transporte del haz, la siguiente Fig. 3 muestra, en una gráfica, todas las envolventes del haz comprendidas entre estas dos posiciones del pórtico con el incremento de 10º del ángulo de rotación del pórtico. Las gráficas se muestran para un haz de salida de 4mm (Fig. 3a) y un haz de salida de 10 mm (Fig. 3b), \varepsilon_{x}/\varepsilon_{y} = 5. Los ajustes iónico-ópticos del pórtico correspondientes a la Fig. 3 se enumeran en la Tabla 2. Los signos de referencia designan los mismos elementos que en la Fig. 2a y en la Fig. 2b. Con el fin de aumentar la resolución de la gráfica, la apertura del tercer imán de deflexión 3 se da fuera de escala.

El control del tamaño del haz depende exclusivamente de la óptica del pórtico, sin que en esta tarea intervenga la línea de transferencia. Ello quiere decir que la línea de transferencia forma siempre, en su salida, un haz que tiene los mismos parámetros de salida con independencia del tamaño del haz requerido en el isocentro 10 del pórtico. Se aplican diferentes ajustes de los cuadrupolos 22-27 del pórtico para controlar el tamaño del haz en el isocentro 10. Además de los dos ejemplos extremos mostrados en la Fig. 3, se realizaron simulaciones para todos los diámetros de haz comprendidos entre 4 y 10 mm, en pasos de 1 mm.

La Fig. 4 ilustra la acción de los imanes de barrido 11 y 12. Los imanes de barrido 11 y 12 están situados aguas arriba del tercer imán de deflexión 3, pero aguas abajo de la última lente cuadrupolar 27. Se encontró que esta posición era la óptima desde el punto de vista iónico-óptico. Se utilizó el enfoque de borde de las caras polares de entrada y de salida 15, 16 del tercer imán de deflexión 3 para conseguir casi el modo de barrido paralelo. La desviación respecto del barrido paralelo ideal es de 0,2º con el máximo desplazamiento del haz, de 10 cm. El campo de barrido es de 20 x 20 cm^{2}. Los ángulos 13, 14 de rotación de las caras polares de entrada y de salida (mostrados en la Fig. 1) son de 30º y de 21º, respectivamente. La parte superior de la Fig. 4 ilustra el plano horizontal 111 y la desviación 50 del haz provocada por el barrido horizontal 11 ilustrado en el margen de desviación del tercer imán de deflexión 3. La parte inferior de la Fig. 4 ilustra el plano vertical 112 y la desviación 50 del haz provocada por el barrido vertical 12 ilustrado en el margen de desviación del tercer imán de deflexión 3.

La solución del presente invento solamente puede utilizarse con un pórtico que pueda satisfacer las restricciones iónico-ópticas requeridas, enumeradas en la Tabla 1. Tal pórtico debe poseer un número apropiado de elementos variables, de acuerdo con el presente invento al menos seis imanes cuadrupolo de excitación ajustable. En conjunto, el presente invento soporta seis restricciones iónico-ópticas: dos para el transporte acromático del haz, dos para conseguir la independencia de la rotación y dos para controlar el tamaño del haz. Ello quiere decir que el número mínimo de cuadrupolos de acuerdo con el presente invento, es de seis. Como puede verse a partir de la Tabla 2, una realización preferida comprende ocho cuadrupolos que aportan cierta redundancia en comparación con el mínimo. Sin embargo, esta redundancia resulta ventajosa para un diseño realista de un sistema en el que las variables no pueden establecerse en valores arbitrarios. La densidad de flujo magnético en las puntas polares del cuadrupolo está limitada físicamente (el límite se fijó en 0,8 T en la realización preferida), al igual que las envolventes del haz en el interior del pórtico deben ser controladas de tal manera que la apertura de los elementos de transporte del haz se mantenga tan pequeña como sea posible. Además, la redundancia puede aprovecharse para reducir al mínimo la sensibilidad a los errores del sistema de transporte del haz.

Ha de observarse que la eliminación de los términos que contienen el ángulo de rotación del pórtico de entre los parámetros del haz en el isocentro del pórtico poniendo a cero los términos apropiados de la matriz de transferencia del pórtico, resulta una solución válida para cualesquiera diferencias de emitancia en los dos planos transversales. Realmente, no depende en absoluto de la relación \varepsilon_{x}/\varepsilon_{y}. Los cálculos se realizaron para \varepsilon_{x}/\varepsilon_{y}= 5 y para \varepsilon_{x}/\varepsilon_{y}= 10, lo cual es mucho más que los valores medidos, conocidos a partir de la técnica anterior. Sin embargo, para relaciones de emitancia extremadamente grandes, se puede tropezar con los problemas de conseguir tamaños iguales de la traza del haz en el isocentro manteniendo las envolventes en el interior del pórtico dentro de una apertura razonable o formando un haz adecuado en el punto de acoplamiento. Estos problemas se presentan para \varepsilon_{x}/\varepsilon_{y}> 15.

También es un hecho interesante del presente invento que solamente han de añadirse dos restricciones iónico-ópticas más, a saber r_{11} = r_{33} = 0 o r_{12} = r_{34} = 0, al conjunto de restricciones del pórtico para conseguir el transporte del haz independiente de la rotación. Las otras restricciones para conseguir el transporte acromático del haz y controlar el tamaño de éste, deben ser satisfechas de cualquier modo.

Se supone que los imanes de deflexión utilizan campos de hasta 2 T. Pero sería factible reducir el campo hasta 1,8 T con el fin de evitar determinados efectos dinámicos relacionados con la saturación, durante el funcionamiento en rampa de los imanes. Sin embargo, este cambio no influye sobre el concepto del transporte del haz independiente de la rotación del presente invento.

Es ciertamente posible hacer funcionar un pórtico 5 en un modo, cuando el ajuste del pórtico es función del ángulo de rotación del pórtico. Sin embargo, dicho modo exigiría un gran conjunto de datos que almacenase todos los ajustes en función del tamaño del haz y, además de eso, en función del ángulo de rotación del pórtico. También existe la necesidad de disponer de distintos ajustes en función de la energía del haz y de la especie de las partículas. Por tanto, una ventaja significativa de eliminar la dependencia del ángulo de rotación del pórtico, que reduce la cantidad de datos en, aproximadamente, un factor de 100 (90º - un cuadrante de rotación del pórtico, 1º - resolución angular de la posición del pórtico).

TABLA 1

En la Tabla 1 se muestran un resumen y las relaciones lógicas entre las restricciones iónico-ópticas que conducen a un transporte del haz independiente de la rotación del pórtico, para haces no simétricos. Dos posibles ajustes de las restricciones iónico-ópticas se representan mediante dos columnas en la Tabla 1. Se aplica un "O" lógico entre estas dos columnas, mientras que entre las restricciones dentro de una columna dada, se mantiene una "Y" lógica.

Línea de transferencia

siempre acromático: D = 0 Y D' = 0 en la salida de la línea de transferencia

Pórtico

siempre acromático: r_{16} = 0 y r_{26} = 0

\sigma(0)_{22}= \sigma(0)_{44}Y r_{11} = 0 Y r_{33} = 0 O \sigma(0)_{11}= \sigma(0)_{33}Y r_{12} = 0 Y r_{34} = 0

TABLA 2

Los ajustes del pórtico correspondientes al transporte del haz independiente de la rotación, mostrados en la Fig. 3 se enumeran en la Tabla 2. Se utilizan las siguientes abreviaturas: L_{efec} = longitud efectiva del cuadrupolo, Ap = radio de la apertura del cuadrupolo, B = densidad del flujo magnético en la punta polar del cuadrupolo ("-" para el enfoque vertical), B_{DEFL} = densidad del flujo magnético del imán dipolar, IR = ángulo de rotación de la cara polar de entrada, ER = ángulo de rotación de la cara polar de salida, d = longitud de deriva. Todos los imanes de deflexión se designan sin el gradiente de campo, es decir, N = 0.

5

Claims

1. Pórtico con un sistema iónico-óptico, que comprende:

-: un primer imán de deflexión (1) con un ángulo de deflexión en el margen de 40º a 45º para desviar un haz de iones (4) fuera de un eje (7) de rotación de dicho pórtico;

-: un segundo imán de deflexión (2) con un ángulo de deflexión idéntico al ángulo de deflexión del primer imán de deflexión (1), para desviar dicho haz de iones (4) paralelo a dicho eje (7) de rotación de dicho pórtico (5);

-: un tercer imán de deflexión (3) con un ángulo de deflexión en el margen de 45º a 90º para desviar dicho haz de iones (4) hacia una intersección (6) de dicho haz de iones (4) con el citado eje (7) de rotación del pórtico (5), en el que el punto de intersección (6) se denomina isocentro (10);

caracterizado porque dicho pórtico comprende, además

-: un imán (11) de barrido horizontal posicionado aguas arriba de dicho tercer imán de deflexión (3) para realizar el barrido horizontal del citado haz de iones (4) en un plano perpendicular a la dirección del haz;

-: un imán (12) de barrido vertical posicionado aguas arriba de dicho tercer imán de deflexión (3) para realizar el barrido vertical del citado haz de iones (4) en un plano perpendicular a la dirección del haz;

-: al menos seis imanes cuadrupolo (22-27) de excitación ajustable, posicionados aguas abajo de dicho primer imán de deflexión (1) y aguas arriba de dichos imanes de barrido (11, 12), que comprenden dos imanes cuadrupolo para proporcionar independencia de la rotación incluso con una emitancia no simétrica del haz de iones en la entrada del pórtico, dos para controlar el tamaño del haz y dos para conseguir un transporte acromático del haz,

en el que estos imanes cuadrupolo ajustables proporcionan

-: un transporte totalmente acromático del haz desde la entrada (30) al pórtico hasta el isocentro (10);

-: un control del tamaño del citado haz de iones (4) en el isocentro (10), de acuerdo con un diseño predefinido del haz de iones; y

-: siendo el tamaño de dicho haz de iones (4) en el isocentro (10) y la forma de la traza del citado haz de iones (4) en el isocentro (10), independientes del ángulo de rotación del pórtico (5), en el que el pórtico (5) puede ser hecho girar en un ángulo comprendido entre 0º y 360º con respecto a una línea fija de transferencia del haz que conecta un acelerador con el pórtico (5) y en el que dicho haz de iones (4) procedente de dicha línea fija de transferencia y que entra en el mencionado pórtico (5), tiene emitancias diferentes en los planos horizontal y vertical de dicha línea fija de transferencia.

2. Pórtico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la rigidez magnética de transporte de dicho haz de iones (4) está comprendida, al menos, entre 1,1 y 6,6 Tm (Tesla x metro), para dicha excitación ajustable.

3. Pórtico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque al menos dos cuadrupolos adicionales (20, 21) están posicionados aguas arriba del primer imán de deflexión (1), para reducir al mínimo la sensibilidad a los errores del sistema de transporte del haz.