FR3055507A1 - SYNCHROCYCLOTRON SUPERCONDUCTIVE - Google Patents

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Synchrocyclotron supraconducteur comportant au moins un Dé relié à une source HF de fréquence variable par un stem, et au moins une bobine supraconductrice disposée dans un cryostat, caractérisé par le fait que le stem se divise en au moins deux branches en allant de la source HF vers le Dé, ces branches traversant chacune le cryostat à la faveur d'une ouverture respective.A superconducting synchrocyclotron having at least one debit connected to an RF source of variable frequency by a stem, and at least one superconducting coil disposed in a cryostat, characterized in that the stem is divided into at least two branches from the source HF towards the Dice, these branches crossing each the cryostat in favor of a respective opening.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE® FRENCH REPUBLIC

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number:

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A1A1

©) Date de dépôt : 31.08.16. ©) Date of filing: 31.08.16. © Demandeur(s) : AIMA DEVELOPPEMENT Société © Applicant (s): AIMA DEVELOPPEMENT Company (© Priorité : (© Priority: anonyme— FR. anonymous— FR. @ Inventeur(s) : MANDRILLON PIERRE et MANDRIL- @ Inventor (s): MANDRILLON PIERRE and MANDRIL- LON JEROME. LON JEROME. (43) Date de mise à la disposition du public de la (43) Date of public availability of the demande : 02.03.18 Bulletin 18/09. request: 02.03.18 Bulletin 18/09. ©) Liste des documents cités dans le rapport de ©) List of documents cited in the report recherche préliminaire : Se reporter à la fin du preliminary research: Refer to end of présent fascicule present booklet (© Références à d’autres documents nationaux (© References to other national documents ® Titulaire(s) : AIMA DEVELOPPEMENT Société ano- ® Holder (s): AIMA DEVELOPPEMENT Société ano- apparentés : related: nyme. nyme. ©) Demande(s) d’extension : ©) Extension request (s): © Mandataire(s) : CABINET NONY. © Agent (s): CABINET NONY.

(□4) SYNCHROCYCLOTRON SUPRACONDUCTEUR.(□ 4) SUPER-CONDUCTIVE SYNCHROCYCLOTRON.

(g/) Synchrocyclotron supraconducteur comportant au moins un Dé relié à une source HF de fréquence variable par un stem, et au moins une bobine supraconductrice disposée dans un cryostat, caractérisé par le fait que le stem se divise en au moins deux branches en allant de la source HF vers le Dé, ces branches traversant chacune le cryostat à la faveur d'une ouverture respective.(g /) Superconductive synchrocyclotron comprising at least one die connected to a HF source of variable frequency by a stem, and at least one superconductive coil arranged in a cryostat, characterized in that the stem divides into at least two branches going from the HF source to the die, these branches each passing through the cryostat by means of a respective opening.

FR 3 055 507 - A1FR 3 055 507 - A1

Figure FR3055507A1_D0001
Figure FR3055507A1_D0002

ii

SYNCHROCYCLOTRON SUPRACONDUCTEURSUPERCHARK SYNCHROCYCLOTRON

La présente invention concerne les synchrocyclotrons, et plus particulièrement les synchrocyclotrons supraconducteurs.The present invention relates to synchrocyclotrons, and more particularly to superconductive synchrocyclotrons.

Les synchrocyclotrons sont actuellement utilisés en protonthérapie pour traiter certaines tumeurs-en radiothérapie de haute précision, notamment chez l’enfant.Synchrocyclotrons are currently used in proton therapy to treat certain tumors - in high-precision radiotherapy, particularly in children.

Un synchrocyclotron supraconducteur comporte classiquement une cavité accélératrice au sein de laquelle un champ accélérateur est généré par au moins un Dé relié à une source HF de fréquence variable par un élément appelé « stem » qui assure également son maintien mécanique en porte-à-faux à Tintérieur de la cavité accélératrice. Les particules sont amenées à décrire des révolutions à l’aide d’un champ magnétique puissant, généré au moyen de bobines supraconductrices maintenues à basse température au sein d’un cryostat. Ce dernier est traversé par le stem et comporte un support qui maintient les bobines en place. La tenue mécanique de ce support doit lui permettre de résister, notamment là où il est affaibli par l’ouverture de passage du stem, aux forces d’origine électromagnétiques créées par les bobines, ainsi qu’à la contraction de ces dernières lors de leur refroidissement.A superconducting synchrocyclotron conventionally comprises an accelerating cavity within which an accelerating field is generated by at least one die connected to an HF source of variable frequency by an element called “stem” which also ensures its mechanical maintenance in overhang at The interior of the accelerating cavity. The particles are brought to describe revolutions using a strong magnetic field, generated by means of superconductive coils maintained at low temperature inside a cryostat. The latter is crossed by the stem and has a support which holds the coils in place. The mechanical strength of this support must allow it to resist, especially where it is weakened by the opening of passage of the stem, the electromagnetic forces of origin created by the coils, as well as the contraction of the latter during their cooling.

Un synchrocyclotron de ce type, destiné à la protonthérapie, a été présenté lors du 38eme European Cyclotron Progress Meeting (ECPM) en mai 2012.A synchrocyclotron of this type, intended for proton therapy, was presented at the 38 th European Cyclotron Progress Meeting (ECPM) in May 2012.

Il existe un besoin pour disposer d’accélérateurs de plus grande énergie capables d’accélérer des particules plus lourdes que les protons, notamment des particules alpha, les bénéfices sur le plan clinique de tels accélérateurs étant très importants.There is a need to have higher energy accelerators capable of accelerating particles heavier than protons, especially alpha particles, the clinical benefits of such accelerators being very significant.

Néanmoins, les accélérateurs pour l’hadronthérapie (c’est-à-dire accélérant des hadrons, i.e. protons et particules chargées plus lourdes) se doivent de rester le plus compact possible pour limiter les travaux d’infrastructure lors de leur installation et conserver un coût compatible avec leur diffusion auprès du plus grand nombre d’hôpitaux.Nevertheless, the accelerators for hadrontherapy (i.e. accelerating hadrons, ie heavier protons and charged particles) must remain as compact as possible to limit the infrastructure work during their installation and maintain a cost compatible with their dissemination to the greatest number of hospitals.

L’accroissement de la taille de l’accélérateur entraîne celle du Dé.As the size of the accelerator increases, so does the size of the die.

Il est connu du synchrocyclotron installé à l’université de Nevis de reprendre une partie du poids du Dé à l’aide d’isolateurs placés au centre de la chambre accélératrice.It is known to the synchrocyclotron established at the University of Nevis to take back part of the weight of the die using insulators placed in the center of the accelerating chamber.

Une telle solution pose un problème de maintenance car les isolateurs sont soumis au champ radiofréquence, s’échauffent, s’usent rapidement et deviennent radioactifs.Such a solution poses a maintenance problem because the insulators are subjected to the radiofrequency field, heat up, wear out quickly and become radioactive.

Il subsiste par conséquent un besoin pour perfectionner encore les synchrocyclotrons supraconducteurs afin de faciliter la réalisation de synchrocyclotrons de plus forte puissance et qui restent relativement compacts.There therefore remains a need to further improve the superconductive synchrocyclotrons in order to facilitate the production of higher power synchrocyclotrons which remain relatively compact.

L’invention répond à ce besoin grâce à un synchrocyclotron supraconducteur comportant au moins un Dé relié à une source HF de fréquence variable par un stem, et au moins une bobine supraconductrice disposée dans un cryostat, caractérisé par le fait que le stem se divise en au moins deux branches en allant de la source HF vers le Dé, ces branches traversant chacune le cryostat à la faveur d’une ouverture respective.The invention meets this need thanks to a superconductive synchrocyclotron comprising at least one die connected to an HF source of variable frequency by a stem, and at least one superconductive coil placed in a cryostat, characterized in that the stem is divided into at least two branches from the HF source to the die, these branches each passing through the cryostat by means of a respective opening.

Un tel synchrocyclotron est avantageusement configuré pour accélérer des ions plus lourds que les protons, notamment des deutons ou des ions He3, He4, carbone, néon ou oxygène.Such a synchrocyclotron is advantageously configured to accelerate ions heavier than protons, in particular deuterons or He 3 , He 4 , carbon, neon or oxygen ions.

Grâce à l’invention, le Dé peut être supporté mécaniquement en porte-à-faux sans qu’il soit nécessaire de prévoir un maintien par des isolateurs au centre de la cavité accélératf ce, les branches du stem étant réalisées avec l’inertie nécessaire pour maîtriser la flèche du Dé.Thanks to the invention, the die can be mechanically supported in cantilever without it being necessary to provide for maintenance by insulators in the center of the accelerating cavity, the branches of the stem being produced with the necessary inertia to master the arrow of the Dice.

La traversée du cryostat se fait par des ouvertures de taille plus restreinte que pour un stem sans division, de sorte que le support des bobines disposé à l’intérieur du cryostat peut être réalisé plus facilement avec la résistance mécanique nécessaire pour tenir les bobines.The cryostat is traversed by openings of a smaller size than for a stem without division, so that the support of the coils arranged inside the cryostat can be produced more easily with the mechanical resistance necessary to hold the coils.

De plus, la division en branches du stem diminue l’impédance au niveau des branches, ce qui permet d’allonger le stem et d’éloigner la source HF, ce qui est avantageux notamment lorsque la source HF comporte un condensateur rotatif qu’il convient d’éloigner au mieux du champ magnétique de fuite de l’électroaimant de l’accélérateur.In addition, the division into branches of the stem reduces the impedance at the branches, which makes it possible to lengthen the stem and to move the HF source away, which is advantageous in particular when the HF source comprises a rotary capacitor which it should be moved away from the magnetic field of the accelerator electromagnet as far as possible.

Le synchrocyclotron peut comporter une culasse avec un retour de culasse pour refermer le champ. Dans ce cas, le retour de culasse est traversé par le stem. La division du stem peut avoir lieu à l’inténeur du retour de culasse. Les branches du stem peuvent sortir du retour de culasse en direction du cryostat par des ouvertures respectives du retour de culasse.The synchrocyclotron may include a cylinder head with a cylinder head return to close the field. In this case, the cylinder head return is crossed by the stem. The stem division can take place inside the cylinder head return. The stem branches can exit from the cylinder head return towards the cryostat through respective openings in the cylinder head return.

La source HF peut être de tout type, par exemple à condensateur rotatif, ou comporter une ferrite ou être à large bande.The HF source can be of any type, for example with a rotary capacitor, or comprise a ferrite or be broadband.

De préférence le stem ne comporte que deux branches.Preferably the stem has only two branches.

De préférence l’écart entre les branches est supérieur à la dimension transversale des branches mesurée parallèlement au plan médian d’accélération. Cela facilite la réalisation d’ouvertures séparées pour la traversée du cryostat.Preferably the difference between the branches is greater than the transverse dimension of the branches measured parallel to the median plane of acceleration. This facilitates the creation of separate openings for crossing the cryostat.

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :The invention will be better understood on reading the description which follows, of an example of non-limiting implementation thereof, and on examining the appended drawing, in which:

- La figure 1 est une vue de dessus schématique et partielle d’un synchrocyclotron selon l’invention, dans une direction perpendiculaire au plan médian de la cavité accélératrice,- Figure 1 is a schematic and partial top view of a synchrocyclotron according to the invention, in a direction perpendicular to the median plane of the accelerating cavity,

- Les figures 2 et 3 sont des coupes schématiques selon II-II et III-III de la figure 1.- Figures 2 and 3 are schematic sections along II-II and III-III of Figure 1.

On a représenté à la figure 1 un synchrocyclotron supraconducteur 1 comportant de façon connue en soi une cavité accélératrice pourvu d’au moins un Dé 10 permettant de générer un champ électrique accélérateur.FIG. 1 shows a superconductive synchrocyclotron 1 comprising, in a manner known per se, an accelerating cavity provided with at least one die 10 making it possible to generate an accelerating electric field.

Ce Dé 10 est relié à une source HF à fréquence variable 11 comportant par exemple un condensateur rotatif, connu en lui-même, par un stem 20.This die 10 is connected to a variable frequency HF source 11 comprising for example a rotary capacitor, known in itself, by a stem 20.

Le synchrocyclotron 1 comporte un cryostat 30 qui entoure la cavité accélératrice et qui loge des bobines supraconductrices non représentées permettant de générer le champ magnétique nécessaire pour incurver la trajectoire des particules durant leur accélération afin de leur permettre de décrire des révolutions dans la cavité accélératrice.The synchrocyclotron 1 includes a cryostat 30 which surrounds the accelerating cavity and which houses unrepresented superconducting coils making it possible to generate the magnetic field necessary to bend the trajectory of the particles during their acceleration in order to allow them to describe revolutions in the accelerating cavity.

Dans l’exemple considéré, le synchrocyclotron 1 comporte une culasse magnétique qui comporte un retour 40 permettant de refermer le champ magnétique généré par les bobines.In the example considered, the synchrocyclotron 1 comprises a magnetic yoke which has a return 40 making it possible to close the magnetic field generated by the coils.

La partie 25 du stem 20 provenant de la source HF 11 pénètre par à l’intérieur du retour de culasse 40 par une ouverture 41 et s’y divise en deux branches 21, lesquelles sont de préférence parallèles, comme illustré. Ces dernières quittent le retour 40 par des ouvertures respectives 42 et traversent le cryostat 30 à la faveur d’ouvertures respectivesThe part 25 of the stem 20 coming from the HF source 11 penetrates through the interior of the cylinder head return 40 through an opening 41 and is divided there into two branches 21, which are preferably parallel, as illustrated. The latter leave the return 40 through respective openings 42 and pass through the cryostat 30 in favor of respective openings

31. Les ouvertures 41 sont séparées par une portion pleine 43 du retour de culasse 40. Les ouvertures 31 du cryostat sont séparées par une portion 33 de celui-ci participant au support des bobines contenues à l’intérieur.31. The openings 41 are separated by a solid portion 43 of the cylinder head return 40. The openings 31 of the cryostat are separated by a portion 33 of the latter participating in the support of the coils contained inside.

Un blindage de masse 23, encore appelé « liner », s’étend en regard du stemA mass shield 23, also called a "liner", extends opposite the stem

20. Sur les figures 2 et 3, ce blindage 23 a été représenté espacé de la paroi des ouvertures 31 et 41 mais il peut en variante s’appliquer dessus.20. In FIGS. 2 and 3, this shield 23 has been shown spaced from the wall of the openings 31 and 41 but it can alternatively be applied to it.

L’écartement W entre les branches 21 est supérieur à la dimension transversale 5 d des branches mesurée parallèlement au plan médian M de la cavité accélératrice.The spacing W between the branches 21 is greater than the transverse dimension 5 d of the branches measured parallel to the median plane M of the accelerating cavity.

Des moyens d’étanchéité 50 sont prévus pour assurer la traversée étanche du cryostat 30 par les branches 21 du stem 20.Sealing means 50 are provided to ensure the watertight crossing of the cryostat 30 by the branches 21 of the stem 20.

Ces moyens d’étanchéité 50 sont par exemple disposés à l’entrée des ouvertures 31, comme illustré.These sealing means 50 are for example arranged at the entrance to the openings 31, as illustrated.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit.Of course, the invention is not limited to the example which has just been described.

Par exemple, la section des branches 21 du stem 20 peut être quelconque, notamment circulaire.For example, the section of the branches 21 of the stem 20 can be arbitrary, in particular circular.

La forme du stem 20 peut varier, notamment l’orientation des branches 21, lesquelles peuvent par exemple diverger vers le Dé 10. La forme de ce dernier n’est pas limitée à la forme illustrée.The shape of the stem 20 can vary, in particular the orientation of the branches 21, which can for example diverge towards the Dice 10. The shape of the latter is not limited to the shape illustrated.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Synchrocyclotron supraconducteur (1) comportant au moins un Dé (10) relié à une source HF (11) de fréquence variable par un stem (20), et au moins une bobine supraconductrice disposée dans un cryostat (30), caractérisé par le fait que le stem (20) se divise en au moins deux branches (21) en allant de la source HF vers le Dé, ces branches traversant chacune le cryostat à la faveur d’une ouverture respective (31).1. Superconductive synchrocyclotron (1) comprising at least one Dice (10) connected to an HF source (11) of variable frequency by a stem (20), and at least one superconductive coil disposed in a cryostat (30), characterized by the fact that the stem (20) divides into at least two branches (21) from the HF source to the die, these branches each passing through the cryostat through a respective opening (31). 2. Synchrocyclotron selon la revendication 1, comportant une culasse magnétique et un retour de culasse (40) traversé par le stem (20).2. Synchrocyclotron according to claim 1, comprising a magnetic yoke and a yoke return (40) crossed by the stem (20). 3. Synchrocyclotron selon la revendication 2, la division du stem ayant lieu à l’intérieur du retour de culasse.3. Synchrocyclotron according to claim 2, the division of the stem taking place inside the cylinder head return. 4. Synchrocyclotron selon la revendication 3, les branches (21) du stem sortant du retour de culasse en direction du cryostat par des ouvertures respectives (42) du retour de culasse (40).4. Synchrocyclotron according to claim 3, the branches (21) of the stem exiting from the cylinder head return towards the cryostat by respective openings (42) of the cylinder head return (40). 5. Synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, la source HF étant à condensateur rotatif (11).5. Synchrocyclotron according to any one of claims 1 to 4, the HF source being a rotary capacitor (11). 6. Synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, la source HF comportant une ferrite.6. Synchrocyclotron according to any one of claims 1 to 4, the HF source comprising a ferrite. 7. Synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, la source HF est à large bande.7. Synchrocyclotron according to any one of claims 1 to 4, the HF source is broadband. 8. Synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications précédentes, le stem (20) ne se divisant qu’en deux branches (21).8. Synchrocyclotron according to any one of the preceding claims, the stem (20) dividing only into two branches (21). 9. Synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’écart (W) entre les branches (21) étant supérieur à la dimension transversale (d) des branches mesurées parallèlement au plan médian d’accélération (M).9. Synchrocyclotron according to any one of the preceding claims, the difference (W) between the branches (21) being greater than the transverse dimension (d) of the branches measured parallel to the median plane of acceleration (M). 10. Utilisation du synchrocyclotron selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour accélérer des ions plus lourds que les protons.10. Use of the synchrocyclotron according to any one of the preceding claims, for accelerating ions heavier than protons. 1/11/1
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