JP2017204472A - サイクロトロン用の周囲山セクタの設計 - Google Patents
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Abstract
Description
・第1および第2の上側遠位端によって境界を定められ、かつ中心軸から最も遠くに配置された上表面の縁部として画定される上側周囲縁部、
・第1および第2の上側近位端によって境界を定められ、かつ中心軸の最も近くに配置された上表面の縁部として画定される上側中心縁部、
・第1の上側遠位端および第1の上側近位端を接続する第1の上側側縁部、
・第2の上側遠位端および第2の上側近位端を接続する第2の上側側縁部
によって画定される、磁極において、
山セクタの上側周囲縁部が、円弧であって、その中心が中心軸に対してオフセットされ、およびその半径Rhが、中心軸から、第1および第2の上側遠位端まで等距離である上側周囲縁部の中間点までの距離Lhの85%以下である(Rh/Lh≦85%)、円弧を含むことを特徴とする、磁極に関する。
(a)第1および第2の側表面(3L)であって、それぞれ第1および第2の上側側縁部から、山セクタの両側に位置する対応する谷セクタの底表面まで横切って延在し、従って第1および第2の下側側縁部(3ll)を、側表面を隣接する底表面と交差させる縁部として画定し、前記第1および第2の下側側縁部がそれぞれ中心軸から最も遠くに配置された下側遠位端を有する、第1および第2の側表面(3L)と、
(b)上側周囲縁部から、第1および第2の下側側縁部の下側遠位端(3lde)によって境界を定められるセグメントとして画定される下側周囲線(3lp)まで延在する周囲表面(3P)と
を含む。
・中心軸と交差する長手方向軸に沿って延在する窪みであって、第1および第2の上側側縁部の長さの少なくとも80%から分離される窪みと、
・前記窪みと一致する形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサートと
をさらに含む。
本発明は、等時性セクタ収束型サイクロトロンに関し、以下、上掲の背景技術の節で考察した種類のサイクロトロンとして言及される。図3に示されるように、本発明によるサイクロトロンは、荷電粒子を、サイクロトロンの中心領域から外方へ、螺旋状経路12に沿って、それらが数MeVのエネルギーで取り出されるまで加速する。例えば、そのようにして取り出された荷電粒子は、陽子、H+、または重陽子、D+であり得る。好ましくは、取り出される粒子によって到達されるエネルギーは、5〜30MeV、より好ましくは15〜21MeV、最も好ましくは18MeVである。そのようなエネルギーのサイクロトロンは、例えば、PET画像作成(陽電子放出断層撮影)での使用に好適な短寿命陽電子放出同位元素を生成するために、またはSPECT画像作成(単一光子放射型コンピュータ断層撮影)用にガンマ放出同位元素、例えばTc99mを生成するために使用される。
・第1および第2の上側遠位端3udeによって境界を定められ、かつ中心軸Zから最も遠くに配置された上表面の縁部として画定される上側周囲縁部3up、
・第1および第2の上側近位端3upeによって境界を定められ、かつ中心軸の最も近くに配置された上表面の縁部として画定される上側中心縁部3uc、
・第1の上側遠位端および第1の上側近位端を接続する第1の上側側縁部3ul、
・第2の上側遠位端および第2の上側近位端を接続する第2の上側側縁部3ul
によって画定される(図2参照)。
・第1および第2の側表面3Lであって、それぞれ第1および第2の上側側縁部から、山セクタの両側に配置された対応する谷セクタの床表面まで横切って延在し、従って側表面を隣接底表面と交差させる縁部として第1および第2の下側側縁部3llを画定し、前記第1および第2の下側側縁部はそれぞれ中心軸から最も遠くに配置された下側遠位端3ldeを有する、第1および第2の側表面3L、
・上側周囲縁部から、第1および第2の下側側縁部の下側遠位端3ldeによって境界を定められるセグメントとして画定される下側周囲線3lpまで延在する周囲表面3P
をさらに含む(図2参照)。
図1および3は、N=4の対称性で、中心軸Zの周囲に交互に分散されたN=4の山セクタおよびN=4の谷セクタを含むサイクロトロンの磁極の好ましい実施形態の例を示す。図2および4は、そのような磁極の1つの山セクタを示し、そのような磁極では、各山セクタ3は、上に定義したような上表面3Uであって、
・第1および第2の上側遠位端によって境界を定められた上側周囲縁部3up、
・上側中心縁部3uc、および、
・第1および第2の上側側縁部3ul
を含む上表面3Uを含む。
− 上側周囲縁部および上側中心縁部と交差する長手方向軸8rlに沿って窪み近位端8rpeと窪み遠位端8rdeとの間の長さL8にわたって延在する窪み8であって、その長さL8の少なくとも80%にわたって第1および第2の上側側縁部から離される、窪み8、および
− 前記窪みに適合し、および前記窪み内に位置付けられ、前記窪みに可逆的に結合される極インサート9
をさらに含む。
・真空チャンバの体積の増大、
・ヨークおよびサイクロトロン全体の体積の増大、
・サイクロトロンの重量の増大、
・手動で実行する必要のあるグラディエントコレクタの正確な位置付けの難しさ、
・磁場の外方への偏向。
・上で考察したくさび状に成形される窪みに対応する、三角形の窪みを形成する鋭角コーナー部分、
・台形状に窪んだくさびを形成する直線縁部、または
・丸みを帯びた縁部のくさび。
2 磁極
3 山セクタ
4 谷セクタ
5 ヨーク
6 磁束反転ヨーク
7 ギャップ
8 窪み
9 極インサート
10 窪み
12 螺旋経路
14 コイル
3ac 円弧
3ec 面取りされた縁部
3L 側表面
3lde 下側側縁部の下側遠位端
3ll 下側側縁部
3lp 下側周囲線
3P 周囲表面
3U 上表面
3uc 上側中心縁部
3ude 上側側縁部の上側遠位端
3ul 上側側縁部
3up 上側周囲縁部
3upc 上側周囲縁部凹状部分
3upe 上側側縁部の上側近位端
3Plow 周囲表面の下側部分
3Pup 周囲表面の上側部分
4B 底表面
7h 山ギャップ部分
7v 谷ギャップ部分
8lr 窪み長手方向軸
8rde 窪み遠位端
8rpe 窪み近位端
9dc 面取りされた極インサート遠位端
9gl 極インサート溝横方向
9gu 極インサート溝上側
9hl 極インサート穴横方向
9hu 極インサート穴上側
9L 極インサート側表面
9lp 極インサート近位部分長さ
9p 極インサート近位部分
9pe 極インサート近位縁部
9U 極インサート上表面
10rdp 窪み遠位地点
10rpp 窪み近位地点
Ah 上側周囲縁部の方位角長さ
Gh 山のギャップ高さ
Gv 谷のギャップ高さ
H10 窪み高さ
Hh 山高さ
L1、L2 取出し地点の下流のギャップ内に含まれる取出し経路の長さ
L8 窪み長さ
L9 極インサート長さ
L10 第1および第2の窪み遠位地点間の長さ
Lh 中心軸および周囲縁部の間の距離
MP 中間面
PE 取出し地点
Rh ラジアル極輪郭の半径
Z 中心軸
αh 山方位角
αv 谷方位角
Claims (13)
- 中心軸Zの周囲に交互に分散された少なくとも3個の山セクタ(3)と、同じ数の谷セクタ(4)とを含むサイクロトロン(1)用の磁極(2)であって、各山セクタが上表面(3U)を含み、前記上表面(3U)が、
− 第1および第2の上側遠位端(3ude)によって境界を定められ、かつ前記中心軸から最も遠くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側周囲縁部(3up)、
− 第1および第2の上側近位端(3upe)によって境界を定められ、かつ前記中心軸の最も近くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側中心縁部(3uc)、
− 前記第1の上側遠位端および第1の上側近位端を接続する第1の上側側縁部(3ul)、
− 前記第2の上側遠位端および第2の上側近位端を接続する第2の上側側縁部(3ul)
によって画定される、磁極(2)において、
山セクタの前記上側周囲縁部が、円弧であって、その中心が前記中心軸に対してオフセットされ、およびその半径Rhが、前記中心軸から、前記第1および第2の上側遠位端まで等距離である前記上側周囲縁部の中間点までの距離Lhの85%以下である(Rh/Lh≦85%)、円弧を含むことを特徴とする、磁極(2)。 - 請求項1に記載の磁極において、前記円弧の前記中心が対応する山セクタの前記上表面内にあることを特徴とする、磁極。
- 請求項2に記載の磁極において、前記円弧の前記中心が前記上表面の二等分線上にあり、前記二等分線が、前記中心軸と前記上側周囲縁部の前記中間点とをつなぐ直線として画定されることを特徴とする、磁極。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁極において、前記中心軸から前記上側周囲縁部の前記中間点までの前記距離Lhに対する前記円弧の前記半径Rhの比率Rh/Lhが75%以下、好ましくは65%以下であることを特徴とする、磁極。
- 請求項1乃至4の何れか1項に記載の磁極において、前記円弧が前記上側周囲縁部の前記第1の上側遠位端から前記第2の上側遠位端まで延在することを特徴とする、磁極。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の磁極において、各谷セクタが底表面を含み、および各山セクタが、
(a)第1および第2の側表面(3L)であって、それぞれ前記第1および第2の上側側縁部から、山セクタの両側に位置する対応する谷セクタの前記底表面まで横切って延在し、従って第1および第2の下側側縁部(3ll)を、側表面を隣接する底表面と交差させる縁部として画定し、前記第1および第2の下側側縁部がそれぞれ前記中心軸から最も遠くに配置された下側遠位端を有する、第1および第2の側表面(3L)と、
(b)前記上側周囲縁部から、前記第1および第2の下側側縁部の前記下側遠位端(3lde)によって境界を定められるセグメントとして画定される下側周囲線(3lp)まで延在する周囲表面(3P)と
を含むことを特徴とする、磁極。 - 請求項6に記載の磁極において、前記周囲表面が前記上側周囲縁部に隣接する面取り部を形成することを特徴とする、磁極。
- ギャップ内に含まれる所与の経路を介して粒子ビームを加速するためのサイクロトロンにおいて、請求項1乃至7の何れか1項に記載の第1および第2の磁極を含み、前記第1および第2の磁極が配置されて前記ギャップを形成し、それらの各上表面が互いに向き合い、かつ前記第1および第2の磁極の前記中心軸に対して垂直な中間面に対して対称に向き、前記中心軸が同軸であり、従って2つの対向する山セクタ間の山ギャップ部分(7h)と、2つの対向する谷セクタ間に画定された谷ギャップ部分(7v)とを形成することを特徴とする、サイクロトロン。
- 請求項8に記載のサイクロトロンにおいて、半径Rhの円弧を含む周囲縁部をそれぞれ有する前記第1および第2の磁極の山セクタの2つの対向する上表面間の山ギャップ部分内に配置された第1の取出し地点(PE1)を含み、
・前記粒子ビームの前記所与の経路が、前記第1の取出し地点PE1まで前記中心軸の周囲を回る外向き螺旋経路であり、それにより、前記粒子ビームが所与のエネルギーで前記サイクロトロンから排出されることができ、および
・前記上側周囲縁部の対の前記円弧が、前記第1の取出し地点PE1の直接上流の前記所与の経路の一部と平行でありかつそれを相似的に再現し、ここで、上流が前記粒子ビームの移動方向に対して定義されることを特徴とする、サイクロトロン。 - 請求項9に記載のサイクロトロンにおいて、前記第1の取出し地点(PE1)の下流に、かつ対向する山セクタの同じ対の前記上側周囲縁部に隣接して前記山ギャップ部分内に配置された第2の取出し地点(PE2)をさらに含み、前記粒子ビームが前記第2の取出し地点で前記所与のエネルギーで前記サイクロトロンから排出されることができ、前記上側周囲縁部の対の前記円弧が、前記第2の取出し地点の直接上流の前記所与の経路の一部と平行でありかつそれを相似的に再現することを特徴とする、サイクロトロン。
- 請求項10に記載のサイクロトロンにおいて、使用時、粒子ビームが前記第1の取出し地点(PE1)の下流の第1の取出し経路を辿るか、または代替的に前記第2の取出し地点(PE2)の下流の第2の取出し経路を辿り、前記山ギャップ部分内に含まれる前記第1の取出し経路の長さL1が、同じ山ギャップ部分内に含まれる前記第2の取出し経路の長さL2に等しいことを特徴とする、サイクロトロン。
- 請求項8乃至10の何れか1項に記載のサイクロトロンにおいて、前記第1および第2の磁極が請求項7に記載の磁極であり、前記上側周囲縁部が、対応する山セクタの前記周囲表面(3P)に少なくとも部分的に延在する窪みを画定する凹状部分を含むことを特徴とする、サイクロトロン。
- 請求項8乃至12の何れか1項に記載のサイクロトロンにおいて、少なくとも1つの山セクタの前記上表面が、
− 前記中心軸と交差する長手方向軸に沿って延在する窪みであって、前記第1および第2の上側側縁部の長さの少なくとも80%から離される窪みと、
− 前記窪みと一致する形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサートと
をさらに含むことを特徴とする、サイクロトロン。
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