JP5836369B2 - サイクロトロン、加速された荷電粒子のビームを発生させる方法及びその使用 - Google Patents

Description

本発明は、サイクロトロン及び加速される粒子の「電荷対質量」比に従ってサイクロトロンの磁場プロファイルを変更する方法に関する。

サイクロトロンは、陽イオン（陽子、重陽子、ヘリウム原子核、アルファ粒子など）または陰イオン（Ｈ⁻，Ｄ⁻など）のような荷電粒子が加速されうる、放射性同位体の製造、放射線医療または実験用途のために用いられる円形加速器である。等時性型のサイクロトロンは、
−サイクロトロンの中心軸に対して垂直な中間平面に対して対称的に位置し、荷電粒子の円運動のために提供されるギャップによって離隔される上部磁極及び下部磁極を含む電磁石であって、この磁極のそれぞれが通常「丘」と呼ばれる狭いギャップを有する領域と通常「谷」と呼ばれる広いギャップを有する領域とが交互になるように配置された複数の区画を含む電磁石；
−前述の磁気回路を閉じるための磁束の帰還；
−磁極間のギャップ内に、本質的に一定な主誘導場を発生させる主誘導コイルを、本質的に含む。

等時性型のサイクロトロンの例が、特許文献１に記載されている。等時性サイクロトロンにおいては、磁場のプロファイルは粒子の回転周波数が一定であり、そのエネルギーに対して独立であるようにすべきである。粒子の相対論的質量増大を補正できるように、平均磁場は、この等時性条件を確実にできるように、半径に対して増大すべきである。この関係を記述するために、場の指数が以下の関係式（１）によって規定される。

ここで、ｄＢ／Ｂ及びｄＲ／Ｒは、それぞれ磁場Ｂの相対変分及び半径Ｒに対する半径の相対変分である。

磁場の強度の増加は、方程式（２）によって与えられる法則に従って生じる。

ここで、Ｂ（Ｒ）は半径Ｒの円の周りの平均磁場であり；
Ｂ０はサイクロトロンの中心における磁場であり；
ｑは粒子の電荷であり；
ｍ_ｉは静止質量であり；
ｃは光速である。

以下の文において、ｍ_ｉは質量数Ａと核子質量ｍ_Ｎの積によって与えられる粒子の質量ｍとして第１近似して考慮される。

特定の等時性サイクロトロンにおいて、よく特定された「電荷対質量」ｑ／ｍの粒子の１種類を加速することができるように、区画が加工される。例えば、「電荷対質量」比ｑ／ｍ＝１／２である粒子を加速するように区画が加工されたサイクロトロンは、アルファ粒子、重陽子Ｄ⁻、ＨＨ^＋、^６Ｌｉ^３＋、^１０Ｂ^５＋、もしくは^１２Ｃ^６＋または同じｑ／ｍ比＝１／２であるその他の粒子を加速するものであってよい。ｑ／ｍ＝１の比を有するその他の種類の粒子の加速は、この種類の粒子を加速するように区画が加工された別のサイクロトロンを使用する必要がある。

それにもかかわらず、等時性サイクロトロンにおいて、第一の種類の粒子の加速を可能とする第１の磁場プロファイルから第２の種類の粒子を加速する第２の磁場プロファイルへ切り替えることが可能であり、そこではよく特定された分布に従う磁極の表面に配置された磁場修正のための同心環状コイルによって、必要な付加的磁場を誘導させるように各同心コイルが特定の電流発生器に接続される。そのようなデバイスの例が、特許文献２に記載されている。それにもかかわらず、特定の電流発生器にそれぞれ接続されたコイルの数、これらのコイルの分布及び所定の磁場を得るために各コイルに印加される電流は、この種のサイクロトロンの製造および使用を複雑なものにしている。

ＩＢＡのサイクロン１８／９のようなその他のサイクロトロンが、これらの異なる「電荷対質量」比ｑ／ｍによって特徴づけられる異なる種類のイオンを加速することができるように設計されている。サイクロン１８／９は、陽子（ｑ／ｍ＝１）を１８ＭｅＶのエネルギーまで、重陽子（ｑ／ｍ＝１／２）を９ＭｅＶのエネルギーまで加速しうる。等時性磁場プロファイルは、加速する粒子の種類に応じて適合されなければならない。図１は、比ｑ／ｍが１に等しい粒子及び「電荷対質量」比ｑ／ｍが１／２に等しい粒子を加速するサイクロトロンにおける、粒子の平均半径＜Ｒ＞に対する平均磁場＜Ｂ＞のプロファイルを示す。方程式（２）のために、サイクロトロン内の粒子の同一の平均半径に対して、平均磁場は重陽子を加速するよりも陽子を加速する方が大きくなければならない。ＩＢＡのサイクロン１８／９及びサイクロン３０／１５の場合、機械的手段が、２つの対向する谷において、サイクロトロンの中央に近い領域からサイクロトロン周辺部へ延設する強磁性体平板を支持する。陽子を加速するために、この機械的手段は、必要な等時性磁場プロファイルを得る可能性を与える付加的場を提供することができるように、前述の強磁性体平板をサイクロトロンの中間平面に近接して配置させる。平均半径に従って異なる平均磁場プロファイルを必要とする重陽子の加速のためには、前述の強磁性体平板は中間平面に対して取り除かれ、付加的磁場の強度を減少または抑制させ、重陽子を加速するために必要な等時性磁場プロファイルを得る。

低エネルギーサイクロトロンの場合、比ｑ／ｍ＝１／２である粒子を加速するための１つの磁場プロファイルから比ｑ／ｍ＝１である粒子を加速するための磁場プロファイルへ切り替えるための磁場に対して実行する修正は、大きすぎる付加的磁場の印加を必要としない。第１近似において、陽子を加速する場合に、平均半径に対する平均磁場のプロファイルは、１０ＭｅＶ「ごとに」約１％ずつ増加して変化する。平均半径に対する平均磁場のプロファイルは、重陽子の場合については１０ＭｅＶごとに約０．５％ずつ増大する。例えば、陽子を１０ＭｅＶのエネルギーまで加速し、重陽子を５ＭｅＶのエネルギーまで加速することができる１０／５サイクロトロンに関して、サイクロトロンの中心から磁極の端部への平均磁場の変化は、陽子に対して１％であり、重陽子に対して０．２５％である。この場合、サイクロン１８／９及びサイクロン３０／１５で用いられるような前述の強磁性体平板は、陽子を加速するのに必要な付加的磁場を発生させるのに十分である。陽子を７０ＭｅＶまで加速し、重陽子を３５ＭｅＶまで加速することができるサイクロトロンを設計したい場合は、サイクロトロンの中心から磁極の端部までの平均磁場のプロファイルの変化が、陽子を加速する場合に約７％であり、重陽子を加速する場合に１．７５％でなければならなくなる。重陽子を加速する場合、平均半径に対する平均磁場のプロファイルの変化は、区画の適切な加工、つまり、磁極端部に近接する丘の方位角の拡張を必要とするのみである。もし重陽子を加速するためのこの解決方法が、製造に関してほとんど問題を生じない場合、反対に陽子を加速する場合には、この強磁性体平板が平均半径に対する所望の平均磁場プロファイルを得るために十分な付加的磁場を減少させることができるべきである。この強磁性体平板で、等時性を確実にするための十分大きな付加的磁場を発生させることは不可能である。反対に、２つの丘の間に含まれる体積では、付加的磁場を発生させる目的で前述の強磁性体平板の方位角の拡張をすることはできない。

非特許文献１には、Ｃ７０またはサイクロン７０と呼ばれる、４種類の粒子、陽子（ｑ／ｍ＝１）及びアルファ粒子（ｑ／ｍ＝１／２）を７０ＭｅＶのエネルギーまで、重陽子（ｑ／ｍ＝１／２）及びＨＨ^＋（ｑ／ｍ＝１／２）を３５ＭｅＶのエネルギーまで加速できる等時性サイクロトロンの開発について記載されている。この文献では、所望のｑ／ｍ比を有する種類の粒子をシミュレートするように、２つの異なる等時性磁場に従って動作しうるサイクロトロンを得るために考えられた異なる解決手段が説明されている。このサイクロトロンＣ７０は、３つの重ねられた部分に分けられ、中間平面に対して平行である丘を含み、
−丘の基部を形成する中間平面から離れた第１の部分；
−その周囲を修正コイルで特定の分布で巻かれた磁極を形成する第２の中心部、及び；
−中間平面に最も近く、修正コイルを遮蔽するための平板である第３の部分を含む。

それにもかかわらず、丘のこの構成は複雑であり、これらの３つの部分を非常に正確に位置合わせする必要があるとともに、非常に正確なコイルの分布を必要とする。特に、負に帯電した粒子を加速する場合には、十分な真空がサイクロトロン内で必要であるため、組立体は異なる部分のこの調整の失敗を引き起こすことなく、圧力について十分な変化を支持することができるべきである。さらに、サイクロトロンを真空にする間、修正コイルにおける脱ガス問題が発生する可能性があり、これは丘の基部と遮蔽平板との間に閉じ込められる。最後に、遮蔽平板の厚さを最適化して、ギャップ内の粒子の加速に用いることのできる磁束の割合が、この平板のある機械的剛性を保つ間十分であるようにする必要がある。

ベルギー特許第１００９６６９号 米国特許第３７８９３５５号明細書

"Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＩＢＡ Ｃ７０ ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ"，Ｓ．Ｚａｒｅｍｂａ ｅｔ ａｌ．，Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２００７，Ｅｉｇｈｔｅｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｇｅｓ ７５−７７

本発明の目的は、異なる「電荷対質量」ｑ／ｍ比を有する種類の粒子を加速できる、従来技術の欠点を有しないサイクロトロンを提供することである。

本発明の他の目的は、加速される粒子の種類のｑ／ｍ比に従って磁場のプロファイルを修正する手段を有するサイクロトロンを提供することであり、この手段は、先行技術の手段よりも簡便な実施形態を可能にする。

本発明の他の目的は、加速される粒子の種類のｑ／ｍ比に従って磁場のプロファイルを修正する手段を有するサイクロトロンを提供することであり、この手段は、高エネルギーサイクロトロンに対する媒体の場合にも十分な付加的磁場を発生させうる。

本発明の他の目的は、サイクロトロンの内部真空をかく乱することなく、磁場プロファイルの修正を行う手段を有するサイクロトロンを提供することである。

本発明は、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）で規定される加速された荷電粒子の第１のビームまたは前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）よりも小さな第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子の第２のビームを発生させることができるサイクロトロンであって、
−前記サイクロトロンの中心軸に対して垂直な中間平面に対して対称的に位置し、前記荷電粒子の円運動のために提供されるギャップによって離隔される２つの磁極、好適には上部磁極及び下部磁極を含む電磁石であって、前記磁極のそれぞれが「丘」と呼ばれる狭いギャップを有する領域と「谷」と呼ばれる広いギャップを有する領域とが交互になるように配置された複数の区画を含む電磁石；
−前記磁極の間の前記ギャップ内に、本質的に一定な主誘導場を発生させる主誘導コイル；及び
−加速される粒子の「電荷対質量」比に従って磁場プロファイルを変更する手段であって、前記谷の１つの中に存在し、前記サイクロトロンの中心近傍の領域から周辺部へ半径方向に延設する強磁性体部を含み、前記強磁性体部が、前記谷の底部と共に磁気回路を形成し、前記第１の電荷対質量比（ｑ／ｍ）を有する前記第１のビームの粒子を加速するための十分に大きな付加的磁場を生成する手段；を含み、
−前記強磁性体部の周囲に配置され、前記強磁性体部内に前記主誘導コイルによって誘導される磁場と反対の磁場を誘導することができ、前記第２の電荷対質量比（ｑ／ｍ）’を有する前記第２のビームの粒子を加速する前記強磁性体部によって提供される前記付加的磁場の寄与を減少させる２次誘導コイルを特徴とするサイクロトロンに関する。

好適には、前記２次誘導コイルが、前記強磁性体部の周囲に、前記主誘導コイルに対して平行に配置される。

好適には、前記強磁性体部が、
−前記サイクロトロンの中央から周辺部に延設し、ギャップを形成する第１の部分及び；
−前記第１の部分を支持する強磁性体材料からなる柱を含む第２の部分を含む。

好適には、前記２次誘導コイルが、前記柱を取り囲む。

好適には、サイクロトロンは、２つの対向する前記谷内に位置する磁場プロファイルを変更する手段を含む。

好適には、サイクロトロンは、
−谷の底部に位置し、前記強磁性体部または前記柱の全体を通過させる開口部；及び
−前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部を前記中間平面から取り除くことができ、または前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部を前記中間平面に近接させることができる機械的デバイスを特徴とする。

本発明の他の態様に従えば、本発明は、加速された荷電粒子のビームを発生させる方法に関し、
−前記請求項のいずれか一項に記載のサイクロトロンが、加速された荷電粒子の前記ビームを発生させるのに使用され；及び
−加速される粒子の前記「電荷対質量」比に従って、前記２次誘導コイルにおいて電流強度が調節されまたは調整されることを特徴とする。

好適には、この方法は、
−第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）によって規定される加速された荷電粒子の第１のビームが、前記２次誘導コイルにどのような電流も印加することなく前記サイクロトロンによって発生され；及び／または
−第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子の第２のビームが、前記２次誘導コイルに電流を印加して前記主誘導場と反対の磁場を誘導することによって前記サイクロトロンによって発生され、前記第１の電荷対質量比（ｑ／ｍ）が、前記第２の電荷対質量比（ｑ／ｍ）’よりも大きいことを特徴とする。

好適には、本方法は、
−前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速から、前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速へ切り替える場合に、電流が、前記２次誘導コイルに印加されて前記主誘導場と反対の磁場を誘導することを特徴とする。

好適には、本発明は、
−前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速から前記「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速へ切り替える場合に、前記２次誘導コイルへの電流の通過を遮断することが提供されることを特徴とする。

好適には、本方法は、粒子のビームが、放射性同位体の前駆体を含むターゲット上に加速されることを特徴とする。

最後の態様に従えば、本発明はまた、放射性同位体を製造するための、前述のサイクロトロンの使用または前述の方法の使用に関する。

陽子及び重陽子を加速する際の粒子の平均半径＜Ｒ＞に対する等時性サイクロトロンにおいて印加される平均磁場プロファイル＜Ｂ＞を示す。 本発明の第１の実施形態に従うサイクロトロンの中間平面に対して垂直な平面に沿った概略断面図を示す。 本発明の第２の実施形態に従うサイクロトロンの中間平面に沿った概略断面図を示す。 本発明の第２の実施形態に従うサイクロトロンの中間平面に対して垂直な平面に沿った概略断面図を示す。 本発明の第３の実施形態に従うサイクロトロンの一部分の、３次元図を示す。 本発明の第３の実施形態に従うサイクロトロンの中間平面に対して垂直な平面に沿った概略断面図を示す。

本発明のデバイスは、「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）によって規定される加速された荷電粒子のビームまたはこの「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）よりも小さな「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子のビームを発生させることができるサイクロトロンである。このサイクロトロンは、「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）が例えば１に等しい陽子のような粒子または比（ｑ／ｍ）’が１／２に等しいアルファ粒子、重陽子、ＨＨ^＋、^６Ｌｉ^３＋、^１０Ｂ^５＋もしくは^１２Ｃ^６＋のような粒子もしくは同じ比（ｑ／ｍ）’＝１／２であるその他の粒子を加速することができる。本発明に従うこのサイクロトロンは、図２から６に示されている。このサイクロトロンは、
−２つの磁極、上部磁極及び下部磁極を備え、これらの磁極がサイクロトロンの中心軸１２に対して垂直な中間平面１３に対して対称的に位置し、荷電粒子の円運動のために提供されるギャップ１４によって離隔され、これらの磁極のそれぞれが「丘」５と呼ばれる狭いギャップを有する領域と「谷」４と呼ばれる広いギャップを有する領域とが交互に配置されるように位置する複数の区画を含む電磁石；
−この磁気回路を閉じるための磁束帰還７；
−これらの磁極間のギャップ１４内の本質的に一定な主誘導場を発生させる主誘導コイル６及び；
−加速される粒子の種類のｑ／ｍ比に従って磁場プロファイルを変更する手段を含む磁気回路を含む。

このサイクロトロンは、磁場プロファイルを変更する前述の手段が、
−一般に軟鉄からなり、前述の谷４の１つの中に位置し、サイクロトロンの中央に近接した領域からサイクロトロンの周辺部まで延設する強磁性体部２であって、この強磁性体部２が、「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）である粒子を加速するための十分大きな付加的磁場を発生させるように、前述の谷の底部と共に磁気回路を形成する強磁性体部２；及び
−「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速できるように、この強磁性体部２によって提供される付加的磁場の寄与を減少させることができる手段を含むことを特徴とする。

磁場プロファイルを変更するこの手段において、前述の強磁性体部２は、サイクロトロンの中央部から周辺部へ延びるこの一部または全体と同じ程度の長さの異なる形状を仮定してもよい。例えば、この強磁性体部２は、
−サイクロトロンの中央部から周辺部へ延設し、ギャップを形成する第１の部分及び；
−磁束帰還７に接続され前述の第１の部分を支持する強磁性体の柱３を含む第２の部分を含んでもよい。

このサイクロトロンは、例えば、対向する谷４内に位置する磁場プロファイルを変更するための２つの手段を含んでもよい。２つの他の対向する谷は、通常「ダイス」（図示せず）と呼ばれる加速電極を含む。

例えば、このサイクロトロンは、４つの丘５を備えてもよく、これらの丘５のそれぞれは、谷４によって互いに離隔される。本発明のこの限定的でない例において、サイクロトロンの区画は、磁場を変更する前述の手段を含む２つの対向する谷４及びダイスを含む２つの他の谷で、４次の対称性に従って配置される。

図２に示された、本発明の第１の実施形態に従えば、この手段は付加的磁場の寄与を減少させることができ、
−谷の底部に位置し、前述の強磁性体部２または前述の柱３の全体の通過を可能とする開口部１５及び；
−「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速したい場合には前述の強磁性体部２を中間平面から除去することができ、または「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速したい場合には前述の強磁性体部２を中間平面に近づけるように移動させることができる機械的デバイス１６を含む。

図３及び４に示された第２の実施形態において、付加的磁場の寄与を減少させることができる前述の手段は、前述の主誘導コイル６に対して平行に、前述の強磁性体部２の周囲に配置された２次誘導コイル１を含む。この２次誘導コイル１は、前述の主誘導コイル６によって前述の強磁性体部に誘導される磁場と反対の磁場を誘導する反対電流を有することを可能にする電力供給デバイス１１に接続される。

図５及び６に示された本発明の第３の実施形態において、前述の強磁性体部２は、
−サイクロトロンの中央部から周辺部まで延設し、ギャップを形成する第１の部分及び；
−磁束帰還７に接続され前述の第１の部分を支持する強磁性体の柱３を含む第２の部分を含み、前述の２次誘導コイル１が、この柱３を取り囲み、前述の主誘導コイル６と平行に配置される。

２次誘導コイル１の電流の通過による過熱を避けるために、これは、冷却を可能とする冷却部（図示せず）によって取り囲まれてもよい。この２次誘導コイル１は、サイクロトロン内を真空にしたときに脱ガスの問題を避けることができるような金属枠によって取り囲まれてもよい。

好適には、本発明に従うサイクロトロンは、
−このサイクロトロンの中央部から周辺部へ延設し、ギャップを形成する第１の部分及び；
−強磁性体材料で形成され前述の第１の部分を支持する柱を含む第２の部分を含む。

有利には、本発明に従うサイクロトロンは、２つの対向する谷に位置する磁場プロファイルを修正するための手段を含む。

好適には、この強磁性体部によって提供される、付加的磁場の寄与を減少させることができるこの手段は、
−谷の底部に位置し、前述の強磁性体部または前述の柱の全体を通過させることができる開口部；
−第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速したい場合にはこの強磁性体部を中間平面から除去することができ、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速したい場合にはこの強磁性体部を中間平面に近づけるように移動させることができる機械的デバイスを含む。

有利には、この強磁性体部によって提供される付加的磁場の寄与を減少させることができるこの手段は、
−前述の主誘導コイルに対して平行に前述の強磁性体部の周囲に配置され、前述の強磁性体部内に誘導される磁場と反対の磁場を誘導する電流を、前述の主コイルを通して通過させることができる電力供給手段に接続される２次誘導コイルを含む。

有利には、前述の２次誘導コイルは、前述の柱を取り囲む。

本発明はまた、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）によって規定される加速された荷電粒子の第１のビームまたはこの第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）よりも小さな第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子の第２のビームを発生させることができるサイクロトロンにおける磁場プロファイルを修正する方法に関し、このサイクロトロンは、磁気回路を含み、
−２つの磁極、上部磁極及び下部磁極を含み、この磁極が、サイクロトロンの中心軸に対して垂直な中間平面に対して対称に配置され、荷電粒子の円運動のために提供されるギャップによって離隔され、この磁極のそれぞれが、「丘」と呼ばれる狭いキャップを有する領域と「谷」と呼ばれる広いギャップを有する領域とが交互になるように配置された複数の区画を含み、中間平面内で前述のビームの焦点を確実に合わせなおす電磁石；
−前述の磁気回路を閉じるための磁束帰還；
−前述の磁極間のギャップ内に、本質的に一定な主誘導場を発生させる主誘導コイル；
−加速される粒子の種類の比ｑ／ｍに従って磁場プロファイルを修正する手段；を含み、磁場のプロファイルを修正する手段が、
−前述の谷の１つに含まれサイクロトロンの中央部に近い領域から周辺部まで半径方向に延設する強磁性体部であって、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する第１のビームの加速粒子のための十分大きな付加的磁場を発生させるように前述の谷の底部と共に磁気回路を形成する強磁性体部及び；
−第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する第２のビームの粒子を加速できるように、前述の強誘電体部によって提供される付加的磁場の寄与を減少させることができる手段を含んで提供されることを特徴とする。

好適には、この強磁性体部は、
−このサイクロトロンの中央から周辺部へ延設し、ギャップを形成する第１の部分及び；
−強磁性体材料からなり、前述の第１の部分を支持する柱を含む第２の部分を含む。

有利には、この強磁性体部によって提供される付加的磁場の寄与を減少させることができるこの手段は、
−谷の底部に位置し、この強磁性体部または前述の柱の全体を通過させることができる開口部及び；
−第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速したい場合にはこの強磁性体部を中間平面から除去することができ、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速したい場合にはこの強磁性体部を中央平面に近づけるように移動させることができる機械的手段を含む。

さらに好適には、この強磁性体部によって提供される付加的磁場の寄与を減少させることができるこの方法に関して、
−前述の主誘導コイルに対して平行に、前述の強磁性体部の周囲に位置し、前述の主コイルを通して、前述の強誘電体部内に誘導される磁場と反対の磁場を誘導する電流を有することを可能にする電力供給手段に接続される２次誘導コイルが提供される。

有利には、電流強度は、加速される粒子の「電荷対質量」比に従って前述の２次誘導コイル内で調節または調整される。

より好適には、本発明に従う方法は、このサイクロトロンによって第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）によって規定される加速された粒子の第１のビームを、前述の２次誘導コイルにどのような電流も印加することなく発生させる段階、またはこのサイクロトロンによって前述の主誘導場と反対の磁場を誘導できるようにこの２次誘導コイルに電流を印加することによって第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される粒子の第２のビームを発生させる段階を含み、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）は、第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’よりも大きい。

さらに好適には、本発明に従う方法は、第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速から第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速へ切り換える場合には前述の主誘導場と反対の磁場を誘導できるように前述の２次誘導コイルに電流を印加し、または第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速から「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速へ切り替えるときには前述の２次誘導コイル内の電流の通過を遮断する段階を含む。

好適には、粒子のビームは、放射性同位体の前駆体を含むターゲット上に加速される。

本発明はまた、放射性同位体を製造するための前述の方法または前述のサイクロトロンの使用に関する。

（本発明の使用例）
本発明に従う等時性サイクロトロンにおいて、「電荷対質量」比ｑ／ｍを有し、加速される例えば陽子（ｑ／ｍ＝１）または重陽子（ｑ／ｍ＝１／２）のような粒子の種類を選択することが可能になり、その他の粒子もまた加速されうる。７０ＭｅＶのエネルギーまで陽子を加速することができる等時性サイクロトロンの限定的でない場合において、２つの対向する谷における前述の強磁性体部２の位置は、前述の主誘導コイル６によって誘導された磁場の磁束線に影響を与え、陽子を加速するために必要な等時性磁場を得ることができる付加的磁場を提供する。この同じサイクロトロンで１／２に等しい「電荷対質量」比を有する重陽子またはその他の粒子を３５ＭｅＶのエネルギーまで加速したい場合、図１に示すような等時性磁場プロファイルを得るために磁場のプロファイルを変更しなければならない。従って、前述の強磁性体部２によって提供される付加的な磁場は、そのため減少されなければならない。このことは、重陽子または１／２に等しい「電荷対質量」比を有する粒子を加速させるのに必要な等時性磁場を得ることができるように、前述の２次誘導コイル１に前述の主誘導コイル６によって誘導される主磁場と反対の磁場を発生させる反対電流を印加することによって達成されてもよい。１及び１／２であるこれらの「電荷対質量」比は、本発明を限定するものではなく、その他の「電荷対質量」比を考えてもよい。

本発明によって、区画において複雑な屈曲及び機械システムを用いることを避けることが可能になる。本発明の第２及び第３の実施形態は、「電荷対質量」比ｑ／ｍを有する１つの種類の粒子を加速することを必要とする等時性磁場から他へ切り替える可動システムを用いることを避ける可能性を与える。本発明の第２及び第３の実施形態の他の実質的な利点は、磁極のおおよその加工の場合に、良い精度で所望の等時性磁場を得られるように、２次誘導コイル１の電流を変化させることによって磁場を修正されることが常に可能であるということである。

本発明は、放射性同位体を製造するためにターゲット上に比ｑ／ｍの粒子を加速するために用いられうる。例えば、第１の使用方法では、このサイクロトロンは、「電荷対質量」比ｑ／ｍが１に等しい、例えば陽子のような粒子を放射性同位体の前駆体を含むターゲット上に加速するために用いられうる。第２の使用方法において、このサイクロトロン内の磁場は、例えば重陽子のような「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’が１／２に等しい粒子を放射性同位体の前駆体を含むターゲット上に加速するように、変更されうる。

１ ２次誘導コイル
２ 金属部
３ 柱
４ 谷
５ 丘
６ 主誘導コイル
７ 磁束帰還
９ ポンプ用の穴
１１ 電力供給手段
１２ 中央導管
１３ 中間平面
１４ ギャップ
１５ 開口部
１６ 機械的手段

Claims (13)

1. 第一の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）で規定される加速された荷電粒子の第１のビームまたは前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）よりも小さな第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子の第２のビームを発生させることができるサイクロトロンであって、
   −前記サイクロトロンの中心軸（１２）に対して垂直な中間平面（１３）に対して対称的に位置し、前記荷電粒子の円運動のために提供されるギャップ（１４）によって離隔される２つの磁極を含む電磁石であって、前記磁極のそれぞれが「丘」（５）と呼ばれる狭いギャップを有する領域と「谷」（４）と呼ばれる広いギャップを有する領域とが交互になるように配置された複数の区画を含む電磁石；
   −前記磁極の間の前記ギャップ（１４）内に、本質的に一定な主誘導場を発生させる主誘導コイル（６）；及び
   −加速される粒子の「電荷対質量」比に従って磁場プロファイルを変更する手段であって、前記谷（４）の１つの中に存在し、前記サイクロトロンの中央部に近い領域から周辺部へ半径方向に延設する強磁性体部（２）を含み、前記強磁性体部（２）が、前記谷の底部と共に磁気回路を形成し、前記第１の電荷対質量比（ｑ／ｍ）を有する前記第１のビームの粒子を加速するための十分に大きな付加的磁場を生成する手段；を含み、
   −前記強磁性体部（２）の周囲に配置され、前記強磁性体部内に前記主誘導コイル（６）によって誘導される磁場と反対の磁場を誘導することができ、前記第２の電荷対質量比（ｑ／ｍ）’を有する前記第２のビームの粒子を加速する前記強磁性体部（２）によって提供される前記付加的磁場の寄与を減少させる２次誘導コイル（１）を特徴とする、サイクロトロン。
2. 前記２次誘導コイル（１）が、前記強磁性体部（２）の周囲に、前記２次誘導コイルの巻線が前記主誘導コイル（６）の巻線に対して平行となるように配置される、請求項１に記載のサイクロトロン。
3. 前記強磁性体部（２）が、
   −前記サイクロトロンの中央から周辺部に延設する第１の部分であって、ギャップが、前記第１の部分と前記強磁性体部が存在する前記谷の底部との間に形成される、第１の部分及び；
   −前記第１の部分を支持する強磁性体材料からなる柱（３）を含む第２の部分を含む、請求項１または２に記載のサイクロトロン。
4. 前記２次誘導コイル（１）が、前記柱（３）を取り囲む、請求項３に記載のサイクロトロン。
5. ２つの対向する前記谷（４）内に位置する磁場プロファイルを変更する手段を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のサイクロトロン。
6. −谷の底部に位置し、前記強磁性体部（２）の全体を通過させる開口部（１５）；及び
   −前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部を前記中間平面から取り除くことができ、または前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部（２）を前記中間平面（１３）に近接させることができる機械的デバイス（１６）を特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のサイクロトロン。
7. −請求項１から６のいずれか一項に記載のサイクロトロンが、加速された荷電粒子の前記ビームを発生させるのに使用され；及び
   −加速される粒子の前記「電荷対質量」比に従って、前記２次誘導コイル（１）において電流強度が調節されまたは調整されることを特徴とする、加速された荷電粒子のビームを発生させる方法。
8. −第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）によって規定される加速された荷電粒子の第１のビームが、前記２次誘導コイル（１）にどのような電流も印加することなく前記サイクロトロンによって発生され；及び／または
   −第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’によって規定される加速された荷電粒子の第２のビームが、前記２次誘導コイル（１）に電流を印加して前記主誘導場と反対の磁場を誘導することによって前記サイクロトロンによって発生され、前記第１の電荷対質量比（ｑ／ｍ）が、前記第２の電荷対質量比（ｑ／ｍ）’よりも大きいことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. −前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速から、前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速へ切り替える場合に、電流が、前記２次誘導コイル（１）に印加されて前記主誘導場と反対の磁場を誘導することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. −前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子の第２のビームの加速から前記「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子の第１のビームの加速へ切り替える場合に、前記２次誘導コイル（１）への電流の通過を遮断することが提供されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 粒子のビームが、放射性同位体の前駆体を含むターゲット上に加速されることを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 放射性同位体を製造するための、請求項１から６のいずれか一項に記載のサイクロトロンの使用または請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法の使用。
13. −谷の底部に位置し、前記柱（３）を通過させる開口部（１５）；及び
    −前記第２の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）’を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部を前記中間平面から取り除くことができ、または前記第１の「電荷対質量」比（ｑ／ｍ）を有する粒子を加速させたい場合に前記強磁性体部（２）を前記中間平面（１３）に近接させることができる機械的デバイス（１６）を特徴とする、請求項３または４に記載のサイクロトロン。

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