JP3066078B2 - サイクロトロン、磁気コイルおよび付随した製造方法 - Google Patents
サイクロトロン、磁気コイルおよび付随した製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はサイクロトロンおよび付随した磁気コイルな
らびにコイル製造方法に関する。この特定の発明におい
ては、サイクロトロンは本発明の方法により製造された
単一の磁気コイルを利用している。
らびにコイル製造方法に関する。この特定の発明におい
ては、サイクロトロンは本発明の方法により製造された
単一の磁気コイルを利用している。
背景技術 現代のサイクロトロンは加速された粒子ビームの垂直
の寸法をサイクロトロン磁石の磁極の内部に拘束するた
めの「セクター収束」（“sector focussing"）と呼ば
れている概念を使用している。
の寸法をサイクロトロン磁石の磁極の内部に拘束するた
めの「セクター収束」（“sector focussing"）と呼ば
れている概念を使用している。
磁極は磁束が最も集中した「丘」として一般に知られ
ている少なくとも３個のくさび形部分を含む。これらの
丘は磁気ギャップがより広い「谷」として一般に呼ばれ
ている領域により隔離されている。磁気ギャップが広い
結果、谷における磁束密度または場の強さが丘における
磁束密度または場の強さと比較して減少している。
ている少なくとも３個のくさび形部分を含む。これらの
丘は磁気ギャップがより広い「谷」として一般に呼ばれ
ている領域により隔離されている。磁気ギャップが広い
結果、谷における磁束密度または場の強さが丘における
磁束密度または場の強さと比較して減少している。
ビームの垂直収束は谷の場に対する丘の場の比率が大
きいために高められ、この比率が大きい程、中央平面に
近いビームを抑制する傾向がある力が強くなる。また、
抑制がよりきびしい程、ビームが磁石の磁極面と衝突す
るおそれを生ずることなく、磁気ギャップを（原則とし
て）より小さくすることができる。
きいために高められ、この比率が大きい程、中央平面に
近いビームを抑制する傾向がある力が強くなる。また、
抑制がよりきびしい程、ビームが磁石の磁極面と衝突す
るおそれを生ずることなく、磁気ギャップを（原則とし
て）より小さくすることができる。
これは磁気ギャップ内の所定量の磁束に対して小さい
ギャップを有する磁石が大きいギャップを有する磁石よ
りも励磁のために必要な電力が小さくなるので重要であ
る。
ギャップを有する磁石が大きいギャップを有する磁石よ
りも励磁のために必要な電力が小さくなるので重要であ
る。
「隔離されたセクターサイクロトロン」に限定する場
合には、各々の丘セクターはそれ自体のギャップ、磁
極、戻し／支持ヨークおよび励磁コイルを有する完成し
た別個の孤立した磁石である。これを実行（implementa
tion）する場合においては、谷は単に磁石用鋼を含まな
い大きい空洞空間である。本質的にすべての磁束は丘に
集中し、谷には磁束が殆ど集中していない。
合には、各々の丘セクターはそれ自体のギャップ、磁
極、戻し／支持ヨークおよび励磁コイルを有する完成し
た別個の孤立した磁石である。これを実行（implementa
tion）する場合においては、谷は単に磁石用鋼を含まな
い大きい空洞空間である。本質的にすべての磁束は丘に
集中し、谷には磁束が殆ど集中していない。
隔離されたセクター構成は、きびしい垂直収束を付与
する以外に、加速電極およびその他の装置を谷を含む大
きい空洞空間内に便利良く配置することができる。
する以外に、加速電極およびその他の装置を谷を含む大
きい空洞空間内に便利良く配置することができる。
さらに最近に至り、超伝導磁石技術がサイクロトロン
に応用されてきた。超伝導サイクロトロン設計において
は、谷もまた内部に加速電極およびその他の装置を便利
に配置することができる大きい空洞空間である。超伝導
サイクロトロンのための磁石の励磁は、通常、丘および
谷を取り囲む単一の一対の超伝導磁気コイルにより行わ
れる。共通の戻し／支持ヨークが励磁コイルおよび磁極
を包囲している。
に応用されてきた。超伝導サイクロトロン設計において
は、谷もまた内部に加速電極およびその他の装置を便利
に配置することができる大きい空洞空間である。超伝導
サイクロトロンのための磁石の励磁は、通常、丘および
谷を取り囲む単一の一対の超伝導磁気コイルにより行わ
れる。共通の戻し／支持ヨークが励磁コイルおよび磁極
を包囲している。
所定の加速半径に対して、この構成により、隔離され
たセクター構成よりもはるかにコンパクトでありかつ効
率的な構成が得られる。
たセクター構成よりもはるかにコンパクトでありかつ効
率的な構成が得られる。
超伝導サイクロトロンの比較的によりコンパクトであ
りかつ効率的な実施を組み合わせた隔離されたセクター
サイクロトロンの大きい丘から谷までの場の比率が国際
特許PCT/BE86/00014号明細書に開示された非超伝導性の
「深い谷を有する」（“deep valley"）磁石構成にお
いて具体化されている。
りかつ効率的な実施を組み合わせた隔離されたセクター
サイクロトロンの大きい丘から谷までの場の比率が国際
特許PCT/BE86/00014号明細書に開示された非超伝導性の
「深い谷を有する」（“deep valley"）磁石構成にお
いて具体化されている。
「深い谷を有する」サイクロトロン構成により比較的
に低く励磁された高い値の磁界が得られるのに対して、
２個の磁気コイルを利用しなければならない点において
固有の非能率を有し、そして慣用のコイルの設計は「深
い谷を有する」サイクロトロン構成の固有の効率を十分
に利用していない。この点については、巻線の内部から
の熱を除去するように水冷を可能にするために、慣用の
磁気コイルが代表的には絶縁された中空コア（hollow
core）導体を使用して巻き付けられている。このような
導体を利用するコイルにおける導体充填率（総容積に対
する導体の容積の比率）は一般に50％よりも低く、その
結果電気抵抗が高くなり、所用電力が比較的に高くな
り、従って巻線からより多量の熱が除去されねばならな
い。そのうえ、磁気コイルのために一般に使用されてい
る中空コア導体は必要な長さの部品を構成するために注
意深く結合しかつ絶縁材を巻き付けなければならない短
い部材においてのみ一般的に入手される。その作業は耐
久力のある電気的な完全性および機械的な完全性を有す
る漏洩の無い接続を保証するために注意深く行われかつ
細心に照合されなければならない。巻線が完成した後、
コイルは安定性および耐久性を保証するためにエポキシ
内での真空注封により、または真空ワニス含浸により一
般に硬化される。従って、総体的な方法が長く、多大な
労働力を要しかつ高価である。
に低く励磁された高い値の磁界が得られるのに対して、
２個の磁気コイルを利用しなければならない点において
固有の非能率を有し、そして慣用のコイルの設計は「深
い谷を有する」サイクロトロン構成の固有の効率を十分
に利用していない。この点については、巻線の内部から
の熱を除去するように水冷を可能にするために、慣用の
磁気コイルが代表的には絶縁された中空コア（hollow
core）導体を使用して巻き付けられている。このような
導体を利用するコイルにおける導体充填率（総容積に対
する導体の容積の比率）は一般に50％よりも低く、その
結果電気抵抗が高くなり、所用電力が比較的に高くな
り、従って巻線からより多量の熱が除去されねばならな
い。そのうえ、磁気コイルのために一般に使用されてい
る中空コア導体は必要な長さの部品を構成するために注
意深く結合しかつ絶縁材を巻き付けなければならない短
い部材においてのみ一般的に入手される。その作業は耐
久力のある電気的な完全性および機械的な完全性を有す
る漏洩の無い接続を保証するために注意深く行われかつ
細心に照合されなければならない。巻線が完成した後、
コイルは安定性および耐久性を保証するためにエポキシ
内での真空注封により、または真空ワニス含浸により一
般に硬化される。従って、総体的な方法が長く、多大な
労働力を要しかつ高価である。
それゆえに、本発明の一つの目的はより大きいエネル
ギ効率を得るために単一の磁気コイルを使用するサイク
ロトロンを提供することにある。
ギ効率を得るために単一の磁気コイルを使用するサイク
ロトロンを提供することにある。
本発明の別の一つの目的は電気抵抗が低く、従って必
要電力が低いサイクロトロンのための磁気コイルを提供
することにある。
要電力が低いサイクロトロンのための磁気コイルを提供
することにある。
本発明のさらに別の一つの目的は高い導体充填率を有
しかつ高い熱伝導率を有する巻線が組み込まれたサイク
ロトロンのための磁気コイルを提供することにある。
しかつ高い熱伝導率を有する巻線が組み込まれたサイク
ロトロンのための磁気コイルを提供することにある。
本発明のさらに別の一つの目的は所用時間がより短
く、必要な労働力がより少なく、かつ従来利用された製
造方法よりもコストがより少ない磁気コイル製造方法を
提供することにある。
く、必要な労働力がより少なく、かつ従来利用された製
造方法よりもコストがより少ない磁気コイル製造方法を
提供することにある。
発明の開示 その他の目的および利点はサイクロトロンおよび付随
した磁気コイルならびにコイル製造方法を提供する本発
明により達成される。本発明のサイクロトロンは内部に
空洞部を備えた戻しヨークと、戻しヨークの内部に
「丘」として一般に呼ばれている少なくとも三つの領域
とを備えている。各々の丘は加速した粒子ビームを受容
するための第１エアギャップにより隔離された上側丘部
分および下側丘部分を形成している。これらの丘はそれ
らの間の「谷」として一般に呼ばれている空洞部を提供
するように選択的に隔離され、これらの谷はさらに丘部
分の間に形成されたエアギャップよりも広い幅を有する
エアギャップを形成している。本発明のサイクロトロン
の磁気コイルは実質的に円形でありかつ上側丘部分およ
び下側丘部分とそれらの間のエアギャップと谷とを含む
丘を包囲している。さらに、コイルはサイクロトロンか
らの粒子ビームの出射（exiting）を受容するためにコ
イルを通して延びる少なくとも一個のビーム出射穴を形
成している。
した磁気コイルならびにコイル製造方法を提供する本発
明により達成される。本発明のサイクロトロンは内部に
空洞部を備えた戻しヨークと、戻しヨークの内部に
「丘」として一般に呼ばれている少なくとも三つの領域
とを備えている。各々の丘は加速した粒子ビームを受容
するための第１エアギャップにより隔離された上側丘部
分および下側丘部分を形成している。これらの丘はそれ
らの間の「谷」として一般に呼ばれている空洞部を提供
するように選択的に隔離され、これらの谷はさらに丘部
分の間に形成されたエアギャップよりも広い幅を有する
エアギャップを形成している。本発明のサイクロトロン
の磁気コイルは実質的に円形でありかつ上側丘部分およ
び下側丘部分とそれらの間のエアギャップと谷とを含む
丘を包囲している。さらに、コイルはサイクロトロンか
らの粒子ビームの出射（exiting）を受容するためにコ
イルを通して延びる少なくとも一個のビーム出射穴を形
成している。
本発明のサイクロトロン磁気コイル製造方法は連続し
た１本のシート導体の第１端部を実質的に円形のベース
部材またはスプールに固定し、そして１本の絶縁材にし
て、向かい合う側が絶縁材でコーティングされた絶縁材
の第１端部を前記の１本のシート導体の第１端部とベー
ス部材との間に位置決めすることを含む。好ましい実施
例においては、絶縁材は重合体フィルムを含み、かつ接
着剤は熱硬化性樹脂を含む。その後、１本のシート導体
および１本の絶縁材はベース部材のまわりに巻き付けら
れ、そして磁気コイルが熱硬化性樹脂を流動化させかつ
シート導体の隣接した巻回部を湿潤させるために十分な
温度まで加熱される。その後、コイルは冷却され、その
結果熱硬化性樹脂が硬化して、シート導体の隣接した巻
回部をそれらの間に介在した絶縁材で接着する。
た１本のシート導体の第１端部を実質的に円形のベース
部材またはスプールに固定し、そして１本の絶縁材にし
て、向かい合う側が絶縁材でコーティングされた絶縁材
の第１端部を前記の１本のシート導体の第１端部とベー
ス部材との間に位置決めすることを含む。好ましい実施
例においては、絶縁材は重合体フィルムを含み、かつ接
着剤は熱硬化性樹脂を含む。その後、１本のシート導体
および１本の絶縁材はベース部材のまわりに巻き付けら
れ、そして磁気コイルが熱硬化性樹脂を流動化させかつ
シート導体の隣接した巻回部を湿潤させるために十分な
温度まで加熱される。その後、コイルは冷却され、その
結果熱硬化性樹脂が硬化して、シート導体の隣接した巻
回部をそれらの間に介在した絶縁材で接着する。
図面の簡単な説明 本発明の前述した特徴は図面と一緒に読まれる本発明
の以下の詳細な説明からさらに明瞭に理解されよう。図
面において、 第１図は本発明のサイクロトロンを断面で示した平面
図を例示している。
の以下の詳細な説明からさらに明瞭に理解されよう。図
面において、 第１図は本発明のサイクロトロンを断面で示した平面
図を例示している。
第２図は本発明のサイクロトロンを断面で示した側面
図を例示している。
図を例示している。
第３図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルを部分
的に断面で示した平面図を例示している。
的に断面で示した平面図を例示している。
第４図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルの側面
図を例示している。
図を例示している。
第５図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルを断面
で示した部分側面図を例示している。
で示した部分側面図を例示している。
第６図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルの部分
側面図を例示している。
側面図を例示している。
第７図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルの部分
側面図を例示している。
側面図を例示している。
第８図は本発明のサイクロトロンの磁気コイルを断面
で示した部分平面図を例示している。
で示した部分平面図を例示している。
発明を実施するための最良の方式 本発明の種々の特徴が組み込まれたサイクロトロンの
全体を図面において10で例示してある。サイクロトロン
10は強磁性体材料、例えば、鋼から製造された戻しヨー
ク12を含む。戻しヨーク12は上側ヨーク部分14および下
側ヨーク部分16をそれぞれ形成している。好ましい実施
例においては、ヨーク部分14および16は軸線18に関して
共軸をなして配置されかつ中央平面20（第２図参照）に
平行に配置されかつ中央平面20から選択的に隔置された
円板形部材である。戻しヨーク12もまたヨーク部分14お
よび16の選択的間隔を維持しかつ磁束の所望の戻りを保
証するようにこのような上側ヨーク部分14および下側ヨ
ーク部分16の周囲に最も近い上側ヨーク部分14および下
側ヨーク部分16の間に固定されたさらに１個のヨーク部
分22を含む。
全体を図面において10で例示してある。サイクロトロン
10は強磁性体材料、例えば、鋼から製造された戻しヨー
ク12を含む。戻しヨーク12は上側ヨーク部分14および下
側ヨーク部分16をそれぞれ形成している。好ましい実施
例においては、ヨーク部分14および16は軸線18に関して
共軸をなして配置されかつ中央平面20（第２図参照）に
平行に配置されかつ中央平面20から選択的に隔置された
円板形部材である。戻しヨーク12もまたヨーク部分14お
よび16の選択的間隔を維持しかつ磁束の所望の戻りを保
証するようにこのような上側ヨーク部分14および下側ヨ
ーク部分16の周囲に最も近い上側ヨーク部分14および下
側ヨーク部分16の間に固定されたさらに１個のヨーク部
分22を含む。
さらに１個のヨーク部分22は、第２図に最良に例示し
たように、少なくとも１個のビーム出射口を備え、そし
て好ましい実施例においては、サイクロトロンからの粒
子ビームの出射を受容するために１対の相対して配置さ
れたビーム出射口24および26を備えている。例示した好
ましい実施例においては、さらに１個のヨーク部分22が
上側ヨーク部分14と下側ヨーク部分16との間に延びる一
体に構成された円筒形部分を形成している。しかしなが
ら、さらに１個のヨーク部分22は、もしも所望されれ
ば、複数個のさらに別個のヨーク部分を形成することが
でき、これらのヨーク部分の間には粒子ビームの出射を
受容するためにスペースが残されている。
たように、少なくとも１個のビーム出射口を備え、そし
て好ましい実施例においては、サイクロトロンからの粒
子ビームの出射を受容するために１対の相対して配置さ
れたビーム出射口24および26を備えている。例示した好
ましい実施例においては、さらに１個のヨーク部分22が
上側ヨーク部分14と下側ヨーク部分16との間に延びる一
体に構成された円筒形部分を形成している。しかしなが
ら、さらに１個のヨーク部分22は、もしも所望されれ
ば、複数個のさらに別個のヨーク部分を形成することが
でき、これらのヨーク部分の間には粒子ビームの出射を
受容するためにスペースが残されている。
戻しヨーク12の内部には、少なくとも３個のくさび形
領域が形成され、そして例示した好ましい実施例におい
ては、「丘」29と一般に呼ばれている４個の実質的に方
位角に関して対称のくさび形領域が形成されている。丘
29は上側丘部分30と下側丘部分30′とを含み、かつ好ま
しくは、粒子ビームの通過を可能にするためにまさに十
分に広い丘部分30および30′の間にエアギャップ32を形
成している。好ましい実施例においては、第２図に例示
したように、丘部分30および30′が上側ヨーク部分14お
よび下側ヨーク部分16と一体に形成されている。しかし
ながら、もしも所望されれば、別個に形成された丘部分
を使用することができ、このような丘部分はヨーク部分
14および16に機械的に固定されている。
領域が形成され、そして例示した好ましい実施例におい
ては、「丘」29と一般に呼ばれている４個の実質的に方
位角に関して対称のくさび形領域が形成されている。丘
29は上側丘部分30と下側丘部分30′とを含み、かつ好ま
しくは、粒子ビームの通過を可能にするためにまさに十
分に広い丘部分30および30′の間にエアギャップ32を形
成している。好ましい実施例においては、第２図に例示
したように、丘部分30および30′が上側ヨーク部分14お
よび下側ヨーク部分16と一体に形成されている。しかし
ながら、もしも所望されれば、別個に形成された丘部分
を使用することができ、このような丘部分はヨーク部分
14および16に機械的に固定されている。
丘29の間には「谷」34と一般に呼ばれている空隙また
は間隙が形成され、そして第１図および第２図に例示し
たように谷34が加速電極38の取付けを可能にする。谷34
においては、エアギャップ36が形成されている（第２図
参照）。エアギャップ36は対向した丘部分30および30′
の間のエアギャップ32よりも実質的に広く形成されてい
る。この点については、丘部分30および30′の間のエア
ギャップ32に対する谷34におけるエアギャップ36の軸線
方向寸法の比率は大きい。この比率は例えば、５ないし
10またはそれ以上の程度である。丘から谷までの磁界の
強さの比率はギャップの寸法の比率に対して逆比例して
（一次に対して）変化する。従って、動作中、磁界また
は磁束密度は丘30および30′の間のエアギャップ32にお
いてエアギャップ36よりも実質的に大きい。エアギャッ
プ32内の磁束が集中した結果、比較的に低い励磁を有す
る高い値の磁界が得られる。
は間隙が形成され、そして第１図および第２図に例示し
たように谷34が加速電極38の取付けを可能にする。谷34
においては、エアギャップ36が形成されている（第２図
参照）。エアギャップ36は対向した丘部分30および30′
の間のエアギャップ32よりも実質的に広く形成されてい
る。この点については、丘部分30および30′の間のエア
ギャップ32に対する谷34におけるエアギャップ36の軸線
方向寸法の比率は大きい。この比率は例えば、５ないし
10またはそれ以上の程度である。丘から谷までの磁界の
強さの比率はギャップの寸法の比率に対して逆比例して
（一次に対して）変化する。従って、動作中、磁界また
は磁束密度は丘30および30′の間のエアギャップ32にお
いてエアギャップ36よりも実質的に大きい。エアギャッ
プ32内の磁束が集中した結果、比較的に低い励磁を有す
る高い値の磁界が得られる。
複数個の磁気コイルが組み込まれた慣用のサイクロト
ロンと異なり、サイクロトロン10においては、単一の磁
気コイル40が丘29および谷34を包囲している。この点に
ついて、好ましい実施例においては、磁気コイル40は実
質的に円形であり、かつヨーク部分14および16の間の距
離を実質的にまたがる高さまたは軸線方向の寸法を規定
し、従って、磁気コイル40の軸線方向の寸法は丘部分30
および30′の軸線方向の寸法およびそれらの間のエアギ
ャップ32と実質的に同じである。
ロンと異なり、サイクロトロン10においては、単一の磁
気コイル40が丘29および谷34を包囲している。この点に
ついて、好ましい実施例においては、磁気コイル40は実
質的に円形であり、かつヨーク部分14および16の間の距
離を実質的にまたがる高さまたは軸線方向の寸法を規定
し、従って、磁気コイル40の軸線方向の寸法は丘部分30
および30′の軸線方向の寸法およびそれらの間のエアギ
ャップ32と実質的に同じである。
さらに明確に述べると、好ましい実施例においては、
磁気コイル40は上側ヨーク部分14と下側ヨーク部分16と
の間に延びかつコイル巻線43を受け入れる実質的に円形
のベース部材42を含む。ベース部材42およびヨーク部分
14ならびに16は、例示したように、内部に丘部分30、3
0′および谷34、34′が配置されたサイクロトロン10の
真空室44を協働して形成し、それによりヨーク部分14お
よび16の間に別個の真空室壁部を設ける必要を回避して
いる。
磁気コイル40は上側ヨーク部分14と下側ヨーク部分16と
の間に延びかつコイル巻線43を受け入れる実質的に円形
のベース部材42を含む。ベース部材42およびヨーク部分
14ならびに16は、例示したように、内部に丘部分30、3
0′および谷34、34′が配置されたサイクロトロン10の
真空室44を協働して形成し、それによりヨーク部分14お
よび16の間に別個の真空室壁部を設ける必要を回避して
いる。
磁気コイル40のコイル巻線43は、第３図ないし第８図
に最良に例示したように、シート導体46の連続した巻
線、例えば、コイルの巻回部の間に電気絶縁層として連
続した１本のシート絶縁材48を有する銅製シート導体を
含む。絶縁材48は、好ましくは、高温の高い絶縁耐力を
有する重合体フィルム、例えば、デュポン社により製造
されたカプトン（kapton）である。しかしながら、種々
のその他の絶縁材を使用することができることが意図さ
れている。絶縁材48には、以下に詳細に述べるように、
その上面49および下面51の両方の上にそれぞれ接着剤ま
たはボンディング材料のコーティングが組み込まれ、こ
のコーティングはシート導体46の巻回部を絶縁材48の間
に接着する作用をする。好ましい実施例においては、ボ
ンディング材料は高温熱硬化性樹脂、例えば、3Mコーポ
レーションにより製造されたNO.2290である。
に最良に例示したように、シート導体46の連続した巻
線、例えば、コイルの巻回部の間に電気絶縁層として連
続した１本のシート絶縁材48を有する銅製シート導体を
含む。絶縁材48は、好ましくは、高温の高い絶縁耐力を
有する重合体フィルム、例えば、デュポン社により製造
されたカプトン（kapton）である。しかしながら、種々
のその他の絶縁材を使用することができることが意図さ
れている。絶縁材48には、以下に詳細に述べるように、
その上面49および下面51の両方の上にそれぞれ接着剤ま
たはボンディング材料のコーティングが組み込まれ、こ
のコーティングはシート導体46の巻回部を絶縁材48の間
に接着する作用をする。好ましい実施例においては、ボ
ンディング材料は高温熱硬化性樹脂、例えば、3Mコーポ
レーションにより製造されたNO.2290である。
サイクロトロン10においては、本質的な装置、例え
ば、イオン源、ビームエキストラクタ、真空ポンプ開口
部等（図示せず）が例えば戻しヨーク12に設けられた例
示した軸線導管50または50′を通して軸線方向に導入さ
れ、従ってこれらの構成部分は磁気コイルを挿入する必
要がない。しかしながら、サイクロトロン外にエネルギ
粒子のビームを輸送するために、１個またはそれ以上の
ビーム出射穴52が磁気コイル40に設けられている。第１
図に例示したように、粒子ビームの出射を受容するため
に、ビーム出射穴52はさらに１個のヨーク部分22のビー
ム出射口24および25と整合している。
ば、イオン源、ビームエキストラクタ、真空ポンプ開口
部等（図示せず）が例えば戻しヨーク12に設けられた例
示した軸線導管50または50′を通して軸線方向に導入さ
れ、従ってこれらの構成部分は磁気コイルを挿入する必
要がない。しかしながら、サイクロトロン外にエネルギ
粒子のビームを輸送するために、１個またはそれ以上の
ビーム出射穴52が磁気コイル40に設けられている。第１
図に例示したように、粒子ビームの出射を受容するため
に、ビーム出射穴52はさらに１個のヨーク部分22のビー
ム出射口24および25と整合している。
本発明のコイル製造方法によれば、コイル40はシート
導体46の第１端部53をベース部材42に固定することによ
り構成されている。この点について、この方法の好まし
い適用においては、接地母線部材54がベース部材42に固
定され、接地母線部材54は好ましくは銅から製造されて
いる。その後、シート導体46の第１端部53は、第６図に
例示したように、接地母線部材54にはんだ付けされる
か、または別の方法で接地母線部材54に固定されてい
る。絶縁材48（絶縁材の両側は接着材によりコーティン
グされている）の第１端部56は、第６図に例示したよう
に、シート導体46とベース部材42との間に介在されてい
る。下方に絶縁材48が配置されたシート導体46はその後
選択された巻回数だけベース部材42のまわりに巻き付け
られる。絶縁材48の成端部分58は、第７図に例示したよ
うに、シート導体46の成端部55を越えて延びて、成端部
55と下方に配置されたコイルの巻回部のシート導体46と
の接触を回避している。
導体46の第１端部53をベース部材42に固定することによ
り構成されている。この点について、この方法の好まし
い適用においては、接地母線部材54がベース部材42に固
定され、接地母線部材54は好ましくは銅から製造されて
いる。その後、シート導体46の第１端部53は、第６図に
例示したように、接地母線部材54にはんだ付けされる
か、または別の方法で接地母線部材54に固定されてい
る。絶縁材48（絶縁材の両側は接着材によりコーティン
グされている）の第１端部56は、第６図に例示したよう
に、シート導体46とベース部材42との間に介在されてい
る。下方に絶縁材48が配置されたシート導体46はその後
選択された巻回数だけベース部材42のまわりに巻き付け
られる。絶縁材48の成端部分58は、第７図に例示したよ
うに、シート導体46の成端部55を越えて延びて、成端部
55と下方に配置されたコイルの巻回部のシート導体46と
の接触を回避している。
巻付け操作が完了した後、もしも絶縁材をコーティン
グするために使用された接着材が好ましい高温熱硬化性
樹脂であれば、コイル40は樹脂を流動化させかつシート
導体46の隣接した巻回部を湿潤状態に保つために該コイ
ルを十分に高い温度まで加熱することにより「硬化」さ
れる。この加熱操作はコイル40を熱ブランケットで被覆
しかつ水冷が行われない場合に電力を供給して、それに
よりコイルを樹脂の硬化温度まで加熱することにより行
うことができる。その後、コイル40が冷却され、それに
より樹脂を硬化させ、それによりシート導体46の巻回部
をそれらの間に配置された絶縁材48と一緒に接着させ
る。樹脂の湿潤および接着作用はシート導体46の巻回部
を固定する作用を行うのみでなく、またコイル全体にわ
たって高い熱伝導率が得られる。
グするために使用された接着材が好ましい高温熱硬化性
樹脂であれば、コイル40は樹脂を流動化させかつシート
導体46の隣接した巻回部を湿潤状態に保つために該コイ
ルを十分に高い温度まで加熱することにより「硬化」さ
れる。この加熱操作はコイル40を熱ブランケットで被覆
しかつ水冷が行われない場合に電力を供給して、それに
よりコイルを樹脂の硬化温度まで加熱することにより行
うことができる。その後、コイル40が冷却され、それに
より樹脂を硬化させ、それによりシート導体46の巻回部
をそれらの間に配置された絶縁材48と一緒に接着させ
る。樹脂の湿潤および接着作用はシート導体46の巻回部
を固定する作用を行うのみでなく、またコイル全体にわ
たって高い熱伝導率が得られる。
樹脂が硬化された後、少なくとも１個のビーム出射口
52がコイル42内に所定の軌道に沿ってあけられ、粒子ビ
ームの出射を受容する。穿孔作業から生じた巻回部と巻
回部との間の短絡は穿孔後にシート導体材料を化学的に
エッチングすることによりなくされ、それにより穿孔操
作により露出されたシート導体の各々の層の端縁が絶縁
材48の隣接した層の後方に配置される。
52がコイル42内に所定の軌道に沿ってあけられ、粒子ビ
ームの出射を受容する。穿孔作業から生じた巻回部と巻
回部との間の短絡は穿孔後にシート導体材料を化学的に
エッチングすることによりなくされ、それにより穿孔操
作により露出されたシート導体の各々の層の端縁が絶縁
材48の隣接した層の後方に配置される。
上記の説明に鑑み、本発明のサイクロトロンおよび付
随した磁気コイルが従来技術に優る大きい利点を提供す
ることが認識されよう。広いシート導体46（このような
シート導体は実質的には磁極（丘部分30、30′）の幅に
エアギャップ32を加えたものと等しい）が薄い重合体フ
ィルム絶縁材48と共に非常に高い導体充填率を得ること
を可能にする。これは磁石励磁のアンペア回数の所定数
に対してこのコイルが従来技術のコイルよりも実質的に
低い電気抵抗を有することができることを意味する。こ
れはまた必要な電力量が低くなることを意味する。さら
に、必要電力量が低くなることはコイルの内部から除去
しなければならない熱量がより少なくなることを意味す
る。その結果、冷却の目的のために、コイルの周囲に簡
単な水で冷却されるジャケットを設ければ一般に十分で
ある。
随した磁気コイルが従来技術に優る大きい利点を提供す
ることが認識されよう。広いシート導体46（このような
シート導体は実質的には磁極（丘部分30、30′）の幅に
エアギャップ32を加えたものと等しい）が薄い重合体フ
ィルム絶縁材48と共に非常に高い導体充填率を得ること
を可能にする。これは磁石励磁のアンペア回数の所定数
に対してこのコイルが従来技術のコイルよりも実質的に
低い電気抵抗を有することができることを意味する。こ
れはまた必要な電力量が低くなることを意味する。さら
に、必要電力量が低くなることはコイルの内部から除去
しなければならない熱量がより少なくなることを意味す
る。その結果、冷却の目的のために、コイルの周囲に簡
単な水で冷却されるジャケットを設ければ一般に十分で
ある。
また、本発明のコイル製造方法は従来技術に優る大き
い利点を有している。この方法は連続した長い複数本の
シート導体および絶縁材を利用することにより比較的に
短い部材の中空コア導体および絶縁体を結合する必要を
回避している。その結果、磁気コイル40を一つの連続自
動操作で巻くことができる。さらに、コイル絶縁材に
は、容易に硬化される熱硬化性樹脂が組み込まれ、それ
により接着操作を簡素化しかつコイルの熱伝導率を高め
ることができる。
い利点を有している。この方法は連続した長い複数本の
シート導体および絶縁材を利用することにより比較的に
短い部材の中空コア導体および絶縁体を結合する必要を
回避している。その結果、磁気コイル40を一つの連続自
動操作で巻くことができる。さらに、コイル絶縁材に
は、容易に硬化される熱硬化性樹脂が組み込まれ、それ
により接着操作を簡素化しかつコイルの熱伝導率を高め
ることができる。
上記の説明に鑑み、本発明が従来技術に優る大きい利
点を有するサイクロトロンおよび付随した磁気コイルな
らびにコイル製造方法を提供することが理解されよう。
しかしながら、好ましい一実施例を図示しかつ説明した
が、本発明をこのような開示内容に制限する意図はな
く、むしろ添付した請求の範囲に規定された本発明の精
神および範囲に該当するすべての変型および代替構造な
らびに代替方法の適用を網羅することが意図されてい
る。
点を有するサイクロトロンおよび付随した磁気コイルな
らびにコイル製造方法を提供することが理解されよう。
しかしながら、好ましい一実施例を図示しかつ説明した
が、本発明をこのような開示内容に制限する意図はな
く、むしろ添付した請求の範囲に規定された本発明の精
神および範囲に該当するすべての変型および代替構造な
らびに代替方法の適用を網羅することが意図されてい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピッカー，フランク アメリカ合衆国 37830 テネシー州オ ーク リッジ，ノルマンディー ロード 117 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 13/00 - 13/10
Claims (7)
- 【請求項１】内部に空洞部を備えた戻しヨークと、 前記戻しヨークの内部の複数の丘領域であり、丘領域の
各々は、粒子ビームを受容する第一エアギャップにより
隔離された上側丘部分と下側丘部分とを形成し、丘領域
は選択的に隔置されて、それらの間に、第一エアギャッ
プにより大きい幅を有する更に別のエアギャップとなる
谷領域を形成する、丘領域と、 丘領域と谷領域とを包囲し、コイル巻線を備えるコイル
本体を形成し、粒子ビームを出射するようコイル本体を
通って延びる少なくても一つのビーム出射穴を有する、
実質的に円形の磁気コイルと、 を有するサイクロトロン。 - 【請求項２】戻しヨークは、上側ヨーク部分と、上側ヨ
ーク部分から隔置された下側ヨーク部分とを備え、磁気
コイルは、上側ヨーク部分と下側ヨーク部分との間の距
離を実質的にまたがる軸線方向の寸法を形成している、
請求項１に記載のサイクロトロン。 - 【請求項３】磁気コイルであり、ベース部材と、ベース
部材の回りに配置されるシート導体の連続する巻線とを
有し、シート導体の巻線の間にはシート絶縁材料が連続
して延び、粒子ビームを出射するようコイルを通って延
びる少なくても一つのビーム出射穴を有する、磁気コイ
ル。 - 【請求項４】内部に空洞部を備えた戻しヨークと、 前記戻しヨークの内部の複数の丘領域であり、丘領域の
各々は、粒子ビームを受容する第一エアギャップにより
隔離された上側丘部分と下側丘部分とを形成し、丘領域
は選択的に隔置されて、それらの間に、第一エアギャッ
プにより大きい幅を有する更に別のエアギャップとなる
谷領域を形成する、丘領域と、を有するサイクロトロン
用の磁気コイルであり、 磁気コイルは、サイクロトロンの丘領域と谷領域とを包
囲し且つそれらを実質的にまたぐ軸線方向の寸法を備
え、コイル巻線を含むコイル本体を形成し、粒子ビーム
を出射するようコイル巻線内を通って延びる少なくても
一つのビーム出射穴を有する、円筒形磁気コイルを備え
る、サイクロトロン用の磁気コイル。 - 【請求項５】シート導体の第一端部を実質的に円形のベ
ース部材に固定する段階と、 両側が接着剤でコーティングされた絶縁材の第一端部
を、シート導体の第一端部とベース部材との間に位置決
めする段階と、 コイルとなるようベース部材の回りにシート導体と絶縁
材とを巻き付ける段階と、 形成されたコイルを通って延びる少なくても一つのビー
ム出射穴をあける段階と、 を有する、サイクロトロン用磁気コイル製造方法。 - 【請求項６】シート導体の第一端部の円筒形のベース部
材に固定する段階と、 両側が熱硬化性接着剤でコーティングされ重合体フィル
ムを備える絶縁材の第一端部を、シート導体の第一端部
とベース部材との間に位置決めする段階と、 磁気コイルとなるようベース部材の回りにシート導体と
絶縁材とを巻き付ける段階と、 熱硬化性接着剤が流動化してシート導体の隣接する巻線
を湿潤させるに十分な温度まで、磁気コイルを加熱する
段階と、 熱硬化性接着剤が硬化し、シート導体の隣接する巻線と
それらの間の絶縁材とが接着されるよう、熱硬化性接着
剤を冷却させる段階と、 磁気コイルのシート導体と絶縁材とを通って延びる少な
くても一つのビーム出射穴をあける段階と、 を有する、サイクロトロン用磁気コイル製造方法。 - 【請求項７】更に、ビーム出射穴と衝接するシート導体
の端縁が絶縁材の隣接する層の後方に位置するように、
ビーム出射穴と衝接するシート導体の端縁を化学的にエ
ッチングする段階を有する、請求項６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/178,375 | 1993-12-23 | ||
| US08/178,375 US5463291A (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Cyclotron and associated magnet coil and coil fabricating process |
| US178,375 | 1993-12-23 | ||
| PCT/US1994/014812 WO1995017802A1 (en) | 1993-12-23 | 1994-12-20 | Cyclotron, magnet coil and associated manufacturing process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08507173A JPH08507173A (ja) | 1996-07-30 |
| JP3066078B2 true JP3066078B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=22652301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7517607A Expired - Lifetime JP3066078B2 (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-20 | サイクロトロン、磁気コイルおよび付随した製造方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5463291A (ja) |
| EP (1) | EP0686339B1 (ja) |
| JP (1) | JP3066078B2 (ja) |
| AT (1) | ATE177895T1 (ja) |
| CA (1) | CA2156487C (ja) |
| DE (1) | DE69417219T2 (ja) |
| DK (1) | DK0686339T3 (ja) |
| ES (1) | ES2131802T3 (ja) |
| GR (1) | GR3030203T3 (ja) |
| WO (1) | WO1995017802A1 (ja) |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE1009669A3 (fr) * | 1995-10-06 | 1997-06-03 | Ion Beam Applic Sa | Methode d'extraction de particules chargees hors d'un cyclotron isochrone et dispositif appliquant cette methode. |
| US6414331B1 (en) | 1998-03-23 | 2002-07-02 | Gerald A. Smith | Container for transporting antiprotons and reaction trap |
| US6576916B2 (en) * | 1998-03-23 | 2003-06-10 | Penn State Research Foundation | Container for transporting antiprotons and reaction trap |
| US5977554A (en) * | 1998-03-23 | 1999-11-02 | The Penn State Research Foundation | Container for transporting antiprotons |
| US6444990B1 (en) | 1998-11-05 | 2002-09-03 | Advanced Molecular Imaging Systems, Inc. | Multiple target, multiple energy radioisotope production |
| EP3557956A1 (en) | 2004-07-21 | 2019-10-23 | Mevion Medical Systems, Inc. | A programmable radio frequency waveform generator for a synchrocyclotron |
| DE102004043988B3 (de) * | 2004-09-11 | 2006-05-11 | Bruker Biospin Gmbh | Supraleitfähige Magnetspulenanrordnung |
| ES2587982T3 (es) | 2005-11-18 | 2016-10-28 | Mevion Medical Systems, Inc | Radioterapia con partículas cargadas |
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| US7884340B2 (en) * | 2006-05-26 | 2011-02-08 | Advanced Biomarker Technologies, Llc | Low-volume biomarker generator |
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| US8933650B2 (en) | 2007-11-30 | 2015-01-13 | Mevion Medical Systems, Inc. | Matching a resonant frequency of a resonant cavity to a frequency of an input voltage |
| US8106570B2 (en) * | 2009-05-05 | 2012-01-31 | General Electric Company | Isotope production system and cyclotron having reduced magnetic stray fields |
| US8153997B2 (en) * | 2009-05-05 | 2012-04-10 | General Electric Company | Isotope production system and cyclotron |
| US8106370B2 (en) * | 2009-05-05 | 2012-01-31 | General Electric Company | Isotope production system and cyclotron having a magnet yoke with a pump acceptance cavity |
| US8374306B2 (en) | 2009-06-26 | 2013-02-12 | General Electric Company | Isotope production system with separated shielding |
| KR101378385B1 (ko) * | 2010-02-26 | 2014-04-02 | 성균관대학교산학협력단 | 사이클로트론 장치 |
| JP5682903B2 (ja) * | 2010-06-09 | 2015-03-11 | 学校法人早稲田大学 | 空芯型サイクロトロン |
| US9112400B2 (en) | 2010-07-15 | 2015-08-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for forming electrodynamic machine insulated coils |
| CN105103662B (zh) | 2012-09-28 | 2018-04-13 | 梅维昂医疗系统股份有限公司 | 磁场再生器 |
| TW201433331A (zh) | 2012-09-28 | 2014-09-01 | Mevion Medical Systems Inc | 線圈位置調整 |
| TW201422279A (zh) | 2012-09-28 | 2014-06-16 | Mevion Medical Systems Inc | 聚焦粒子束 |
| US10254739B2 (en) | 2012-09-28 | 2019-04-09 | Mevion Medical Systems, Inc. | Coil positioning system |
| CN104822417B (zh) | 2012-09-28 | 2018-04-13 | 梅维昂医疗系统股份有限公司 | 用于粒子加速器的控制系统 |
| EP2901820B1 (en) | 2012-09-28 | 2021-02-17 | Mevion Medical Systems, Inc. | Focusing a particle beam using magnetic field flutter |
| WO2014052734A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Mevion Medical Systems, Inc. | Controlling particle therapy |
| CN104813749B (zh) | 2012-09-28 | 2019-07-02 | 梅维昂医疗系统股份有限公司 | 控制粒子束的强度 |
| WO2014052719A2 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Mevion Medical Systems, Inc. | Adjusting energy of a particle beam |
| US8791656B1 (en) | 2013-05-31 | 2014-07-29 | Mevion Medical Systems, Inc. | Active return system |
| US9730308B2 (en) | 2013-06-12 | 2017-08-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Particle accelerator that produces charged particles having variable energies |
| CN110237447B (zh) | 2013-09-27 | 2021-11-02 | 梅维昂医疗系统股份有限公司 | 粒子治疗系统 |
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| US9962560B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-05-08 | Mevion Medical Systems, Inc. | Collimator and energy degrader |
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