WO1991007864A1 - Sectorally focused cyclotrons - Google Patents

Sectorally focused cyclotrons Download PDF

Info

Publication number
WO1991007864A1
WO1991007864A1 PCT/BE1990/000067 BE9000067W WO9107864A1 WO 1991007864 A1 WO1991007864 A1 WO 1991007864A1 BE 9000067 W BE9000067 W BE 9000067W WO 9107864 A1 WO9107864 A1 WO 9107864A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hills
frequency
cyclotron
median plane
resonant
Prior art date
Application number
PCT/BE1990/000067
Other languages
French (fr)
Inventor
Yves Jongen
Original Assignee
Ion Beam Applications S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ion Beam Applications S.A. filed Critical Ion Beam Applications S.A.
Publication of WO1991007864A1 publication Critical patent/WO1991007864A1/en

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to cyclotrons where the particle beam is focused by sectors. More particularly, the present invention relates to isochronous cyclo ⁇ trons comprising a magnetic circuit constituted by at least two sectors called “hills" where the air gap is reduced, separated by spacings in the form of sectors called “valleys" where the air gap is of larger dimension.
  • the present invention relates to both superconductive and non-superconductive cyclo ⁇ trons. State of the art
  • Cyclotrons are particle accelerators used in particular for the production of radioactive isotopes.
  • Cyclotrons usually consist of three separate main assemblies consisting of the electromagnet, the high frequency resonator and the vacuum chamber with pumps.
  • the electromagnet guides the ions on a trajectory representing approximately a spiral of increasing radius during acceleration.
  • This magnet can use conventional or superconductive coils.
  • the poles of the electromagnet are divided into sectors having alternately a reduced air gap and a larger air gap. Variation The azimuth of the resulting magnetic field has the effect of ensuring the vertical focusing of the beam during acceleration.
  • the accelerating electrodes (frequently called “dice” for historical reasons) are intended to accelerate the particles in rotation in the cyclotron.
  • An alternating voltage of several tens of l-ilovolts is applied to the electrodes, at the frequency of rotation of the particles in the magnet or, alternatively, at a frequency which is an exact multiple of the frequency of rotation of the particles in the magnet, which has the effect of accelerating the particle beams rotating in the machine.
  • the accelerating electrode In order to be able to generate high voltages at very high frequencies on the accelerating electrodes, there is generally a need to connect the accelerating electrode to the electrical potential of the ground by an electric circuit element having an inductive character.
  • the assembly provided by the accelerating electrode, which has a capacitive appearance with respect to ground, and of the inductive element thus described forms a resonant electromagnetic circuit, having a high overvoltage factor.
  • the assembly thus formed is called the "high frequency resonator" or "resonant accelerating electrodes”.
  • a particularly favorable embodiment for a cyclotron is described in European patent application No. 86902291.3 where the air gap of the sectors called colli ⁇ nes is reduced to a value close to the size of the accelerated beam, while the air gap sectors called valleys, which separate the hills, is very large so that the magnetic field there is approximately zero.
  • the high frequency resonators are installed in two opposite valleys. These high frequency resonant systems are composed of accelerating electrodes and vertical pillars, electrically conductive, connecting the electrodes to ground and forming with the electrodes an electromagnetic circuit resonating at a multiple of the frequency chosen for the acceleration of the beam.
  • the present invention aims to provide a simpler and more economical construction of a cyclotron focused by sectors.
  • the present invention also aims to increase the reliability of the cyclotron because of its simplified design.
  • a complementary aim is to increase the efficiency of the beam acceleration by an adequate choice of different parameters.
  • the present invention consists in confusing in the same organ magnetic sectors ensuring the focusing of the beam called hills, with the accelerator system, called high frequency resonator, by an appropriate choice of their configuration and their dimensions.
  • These hills are dimensioned so as to present a high frequency electromagnetic resonance thus making it possible to develop alternating voltages required for the acceleration of the particles.
  • high frequency is meant values greater than 10 megacycles per second.
  • the desired effect according to the invention can be achieved by the following arrangements: - the two hills located symmetrically with respect to the median plane and intended to play the role of resonant accelerating electrode must be substantially separated from the hills adjacent to the vacuum chamber. They connect to the potential of the mass only at their base, on the side furthest from the median plane. These two hills can be electrically connected to each other (but so as not to interfere with the acceleration of the particles). This last connection, ensuring a perfect symmetry of the radiofrequency voltages on either side of the median plane, is recommended but is however not essential to achieve the desired effect of the invention.
  • the accelerating frequency chosen which is an exact multiple • of the frequency of rotation of the ions in the cyclotron, must be such that the associated wavelength is greater than four times the depth of the valleys.
  • a particularly favorable operation is obtained when the wavelength associated with the accelerating frequency is between five times and ten times the depth of the valleys.
  • an adjustable capacity is provided between the pair of resonant hills and an electrode at ground potential (for example the vacuum box) in order to ensure fine adjustment of the resonant frequency of the resonator.
  • FIG. 1 shows a sectional view in the median plane of the cyclotron according to the invention.
  • FIG. 2 represents a view in radial section along the line A-A of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows an azimuth sectional view along line B-B of Figure 1.
  • the cyclotron shown schematically in Figures 1,2 and 3 is a cyclotron intended for the acceleration of protons to an energy of 250 MeV.
  • the magnetic structure of the cyclotron is made up of a certain number of elements made of a ferro-magnetic material (1,2,3 and 9) and of coils 4 made of a preferably conductive (or superconductive) material.
  • the ferromagnetic structure consists of:
  • These coils can be made of a superconductive material, but in this case it will be necessary to provide the necessary cryogenic devices.
  • the central duct 8 is intended to receive, at least in part, the source of particles to be accelerated which are injected into the center of the device by means known per se.
  • the cyclotron advantageously has 4 pairs of hills, of which 2 pairs 1 and 1 ′ are of the resonant type and therefore ensure acceleration.
  • the other two pairs of hills 9 and 9 ' are electrically connected to the vacuum box 5 and therefore do not resonate.
  • the average magnetic field at the extraction radius is 2.4 Tesla.
  • the corresponding frequency of rotation of the protons is approximately 30.10 6 rotations per second.
  • the accelerating frequency chosen is twice as high, ie 60 megacycles per second, the corresponding wavelength being 4.62 m.
  • the depth of the valleys 11 and 11 'measured from the median plane is 55 cm.
  • obtaining resonance at 60 megacycles per second requires the addition of an additional capacity of 120 picofarads per resonator assembly. Part of this capacity results from the addition of electrodes helping the acceleration of the beam in the center of the machine and the rest is provided by a variable capacitor 6 installed in the median plane 7 between the resonator 1 and the vacuum box 5 .
  • the electrical connections 10 between resonant hills make it possible to ensure a perfect symmetry of the radiofrequency voltages on either side of the median plane 7. It can be considered that the hills thus described, disjoint from the other hills and from the vacuum box consti ⁇ kill the driver of a coaxial transmission line whose outer driver is the vacuum box and the other hills. It can be considered that the coaxial line segment thus formed is short-circuited at the two ends, at the place where the hills come to attach to the base plates of the cyclotron.
  • the maximum voltage is observed in the middle of the line or, in the cyclotron, at the level of the median plane where the particles accelerate.
  • the angular distance between two acceleration spaces can advantageously be the angle separating two successive valleys whereas in conventional configurations the angle maximum between two accelerator spaces must be less than the angle of a valley.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Magnetic sectors known as ridges for focusing a beam are merged into a single device with the accelerator system, known as a high-frequency resonator, through a suitable choice of design and size. These ridges (1) are designed for high-frequency electromagnetic resonance so that the alternating voltage necessary for particle acceleration can develop.

Description

CYCLOTRONS FOCALISES PAR SECTEURS Obiet de 1'invention CYCLOTRONS FOCUSED BY SECTORS Object of the invention
La présente invention concerne des cyclotrons où le faisceau de particules est focalisé par secteurs. Plus particulièrement, la présente invention concerne des cyclo¬ trons isochrones comportant un circuit magnétique constitué par au moins deux secteurs appelés "collines" où l'entrefer est réduit, séparés par des espacements en forme de secteurs appelés "vallées" où l'entrefer est de dimension plus grande.The present invention relates to cyclotrons where the particle beam is focused by sectors. More particularly, the present invention relates to isochronous cyclo¬ trons comprising a magnetic circuit constituted by at least two sectors called "hills" where the air gap is reduced, separated by spacings in the form of sectors called "valleys" where the air gap is of larger dimension.
La présente invention concerne à la fois les cyclo¬ trons supraconducteurs et non supraconducteurs. Etat de la techniqueThe present invention relates to both superconductive and non-superconductive cyclo¬ trons. State of the art
Les cyclotrons sont des accélérateurs de particules utilisés en particulier pour la production d'isotopes ra¬ dioactifs.Cyclotrons are particle accelerators used in particular for the production of radioactive isotopes.
Les cyclotrons se composent habituellement de trois ensembles principaux distincts constitués par 1 'électro¬ aimant, le résonateur haute fréquence et l'enceinte à vide avec pompes.Cyclotrons usually consist of three separate main assemblies consisting of the electromagnet, the high frequency resonator and the vacuum chamber with pumps.
L'électro-aimant assure le guidage des ions sur une trajectoire représentant approximativement une spirale de rayon croissant au cours de l'accélération. Cet aimant peut utiliser des bobinages classiques ou supraconducteurs. Dans les cyclotrons modernes, dits cyclotrons isochrones ou focalisés par secteurs, les pôles de l'électro¬ aimant sont divisés en secteurs présentant alternativement un entrefer réduit et un entrefer plus grand. La variation azimuthale du champ magnétique qui en résulte a pour effet d'assurer la focalisation verticale du faisceau au cours de 1 'accélération.The electromagnet guides the ions on a trajectory representing approximately a spiral of increasing radius during acceleration. This magnet can use conventional or superconductive coils. In modern cyclotrons, called isochronous or sector-focused cyclotrons, the poles of the electromagnet are divided into sectors having alternately a reduced air gap and a larger air gap. Variation The azimuth of the resulting magnetic field has the effect of ensuring the vertical focusing of the beam during acceleration.
Les électrodes accélératrices (fréquemment appelées "dés" pour des raisons historiques) sont destinées à accélé¬ rer les particules en rotation dans le cyclotron. On applique aux électrodes une tension alternative de plusieurs dizaines de l-ilovolts, à la fréquence de rotation des particules dans l'aimant ou, alternativement, à une fréquence qui est un multiple exact de la fréquence de rotation des particules dans l'aimant, ce qui a pour effet, d'accélérer les faisceaux de particules tournant dans la machine.The accelerating electrodes (frequently called "dice" for historical reasons) are intended to accelerate the particles in rotation in the cyclotron. An alternating voltage of several tens of l-ilovolts is applied to the electrodes, at the frequency of rotation of the particles in the magnet or, alternatively, at a frequency which is an exact multiple of the frequency of rotation of the particles in the magnet, which has the effect of accelerating the particle beams rotating in the machine.
Pour pouvoir engendrer sur les électrodes accéléra¬ trices des tensions élevées à des fréquences très hautes, on éprouve généralement le besoin de raccorder l'électrode accélératrice au potentiel électrique de la masse par un élément de circuit électrique possédant un caractère induc- tif. L'ensemble fourni par l'électrode accélératrice, qui possède un aspect capacitif vis-à-vis de la masse, et de l'élément inductif ainsi décrit forme un circuit électroma¬ gnétique résonnant, possédant un facteur de surtension élevé. L'ensemble ainsi formé est appelé le "résonateur haute fré¬ quence" ou "électrodes accélératrices résonnantes".In order to be able to generate high voltages at very high frequencies on the accelerating electrodes, there is generally a need to connect the accelerating electrode to the electrical potential of the ground by an electric circuit element having an inductive character. The assembly provided by the accelerating electrode, which has a capacitive appearance with respect to ground, and of the inductive element thus described forms a resonant electromagnetic circuit, having a high overvoltage factor. The assembly thus formed is called the "high frequency resonator" or "resonant accelerating electrodes".
Enfin, l'action de pompes permet d'obtenir un vide poussé dans l'enceinte hermétique entourant les collines et les résonateurs haute fréquence, appelée de ce fait enceinte à vide.Finally, the action of pumps makes it possible to obtain a high vacuum in the hermetic enclosure surrounding the hills and the high frequency resonators, thus called vacuum enclosure.
Un mode de réalisation particulièrement favorable pour un cyclotron est décrit dans la demande de brevet euro- péen n° 86902291.3 où l'entrefer des secteurs appelés colli¬ nes est réduit à une valeur proche de la taille du faisceau accéléré, tandis que l'entrefer des secteurs appelés vallées, qui séparent les collines, est très grand de façon telle que le champ magnétique y est approximativement nul. Dans ce mode de réalisation préférentiel, les résonateurs haute fréquence sont installés dans deux vallées opposées. Ces systèmes résonnants haute fréquence sont compo¬ sés des électrodes accélératrices et de piliers verticaux, électriquement conducteurs, raccordant les électrodes à la masse et formant avec les électrodes un circuit électromagné¬ tique résonnant à un multiple de la fréquence choisie pour l'accélération du faisceau. Buts de 1'inventionA particularly favorable embodiment for a cyclotron is described in European patent application No. 86902291.3 where the air gap of the sectors called colli¬ nes is reduced to a value close to the size of the accelerated beam, while the air gap sectors called valleys, which separate the hills, is very large so that the magnetic field there is approximately zero. In this preferred embodiment, the high frequency resonators are installed in two opposite valleys. These high frequency resonant systems are composed of accelerating electrodes and vertical pillars, electrically conductive, connecting the electrodes to ground and forming with the electrodes an electromagnetic circuit resonating at a multiple of the frequency chosen for the acceleration of the beam. Objects of the invention
La présente invention vise à fournir une construc¬ tion plus simple et plus économique d'un cyclotron focalisé par secteurs.The present invention aims to provide a simpler and more economical construction of a cyclotron focused by sectors.
La présente invention vise également à augmenter la fiabilité du cyclotron du fait de son dessin simplifié. Un but complémentaire est d'augmenter l'efficacité de l'accélération du faisceau par un choix adéquat de diffé¬ rents paramètres.The present invention also aims to increase the reliability of the cyclotron because of its simplified design. A complementary aim is to increase the efficiency of the beam acceleration by an adequate choice of different parameters.
D'autres buts et avantages apparaîtront dans la description qui suit.Other objects and advantages will appear in the description which follows.
Principaux éléments caractéristiquesMain characteristic elements
La présente invention consiste à confondre en un même organe des secteurs magnétiques assurant la focalisation du faisceau appelés collines, avec le système accélérateur, dit résonateur haute fréquence, par un choix approprié de leur configuration et de leurs dimensions.The present invention consists in confusing in the same organ magnetic sectors ensuring the focusing of the beam called hills, with the accelerator system, called high frequency resonator, by an appropriate choice of their configuration and their dimensions.
Ces collines sont dimensionnées de manière à pré¬ senter une résonance électromagnétique de haute fréquence permettant ainsi de développer des tensions alternatives requises pour l'accélération des particules.These hills are dimensioned so as to present a high frequency electromagnetic resonance thus making it possible to develop alternating voltages required for the acceleration of the particles.
On entend par haute fréquence des valeurs supé¬ rieures à 10 mégacycles par seconde.By high frequency is meant values greater than 10 megacycles per second.
En particulier, l'effet désiré selon l'invention peut être atteint par les dispositions suivantes : - les deux collines situées symétriquement par rapport au plan médian et destinées à jouer le rôle d'électrode accé¬ lératrice résonnante doivent être substantiellement dis¬ jointes des collines voisines de la chambre à vide. Elles ne se raccordent au potentiel de la masse qu'à leur base, du côté le plus éloigné du plan médian. Ces deux collines peuvent être connectées électriquement l'une à l'autre (mais de manière à ne pas interférer avec l'accélération des particules) . Cette dernière connexion, assurant une parfaite symétrie des tensions radiofréquence de part et d'autre du plan médian, est recommandée mais n'est toute¬ fois pas indispensable pour atteindre l'effet désiré de 1' invention. - la fréquence accélératrice choisie, qui est un multiple • exact de la fréquence de rotation des ions dans le cyclotron, doit être telle que la longueur d'onde associée soit supérieure à quatre fois la profondeur des vallées. Un fonctionnement particulièrement favorable est obtenu lorsque la longueur d'onde associée à la fréquence accélé¬ ratrice est comprise entre cinq fois et dix fois la profon¬ deur des vallées.In particular, the desired effect according to the invention can be achieved by the following arrangements: - the two hills located symmetrically with respect to the median plane and intended to play the role of resonant accelerating electrode must be substantially separated from the hills adjacent to the vacuum chamber. They connect to the potential of the mass only at their base, on the side furthest from the median plane. These two hills can be electrically connected to each other (but so as not to interfere with the acceleration of the particles). This last connection, ensuring a perfect symmetry of the radiofrequency voltages on either side of the median plane, is recommended but is however not essential to achieve the desired effect of the invention. - the accelerating frequency chosen, which is an exact multiple • of the frequency of rotation of the ions in the cyclotron, must be such that the associated wavelength is greater than four times the depth of the valleys. A particularly favorable operation is obtained when the wavelength associated with the accelerating frequency is between five times and ten times the depth of the valleys.
- une capacité réglable est prévue entre la paire de collines résonnantes et une électrode au potentiel de la masse (par exemple la boîte à vide) afin d'assurer le réglage fin de la fréquence de résonance du résonateur. Brève description des figures- an adjustable capacity is provided between the pair of resonant hills and an electrode at ground potential (for example the vacuum box) in order to ensure fine adjustment of the resonant frequency of the resonator. Brief description of the figures
- La figure 1 représente une vue en coupe dans le plan médian du cyclotron selon l'invention. - La figure 2 représente une vue en coupe radiale selon la ligne A-A de la figure 1.- Figure 1 shows a sectional view in the median plane of the cyclotron according to the invention. FIG. 2 represents a view in radial section along the line A-A of FIG. 1.
- La figure 3 représente une vue en coupe azimuthale selon la ligne B-B de la figure 1. Description d'une forme d'exécution préférée du cyclotron selon 1'invention- Figure 3 shows an azimuth sectional view along line B-B of Figure 1. Description of a preferred embodiment of the cyclotron according to the invention
Le cyclotron représenté schématiquement aux figures 1,2 et 3 est un cyclotron destiné à l'accélération de protons jusqu'à une énergie de 250 MeV.The cyclotron shown schematically in Figures 1,2 and 3 is a cyclotron intended for the acceleration of protons to an energy of 250 MeV.
La structure magnétique du cyclotron se compose d'un certain nombre d'éléments réalisés en un matériau ferro¬ magnétique (1,2,3 et 9) et de bobines 4 réalisées en un matériau de préférence conducteur, (ou supraconducteur) .The magnetic structure of the cyclotron is made up of a certain number of elements made of a ferro-magnetic material (1,2,3 and 9) and of coils 4 made of a preferably conductive (or superconductive) material.
La structure ferromagnétique est constituée de :The ferromagnetic structure consists of:
- deux plaques de base 2 et 2 ' appelées culasses; - d'au moins deux secteurs supérieurs appelés collines 1 et/ou 9 et d'un même nombre de secteurs inférieurs l' et/ou 9 ' situés symétriquement aux secteurs supérieurs 7 et/ou 9 par rapport au plan de symétrie 7 dit plan médian séparés par un faible entrefer; entre chaque colline est situé un espace où l'entrefer est de dimension plus élevée appelé "vallée" 11 et 11* ; - d'au moins deux retours de flux 3 réunissant de façon rigide la culasse inférieure 2 à la culasse supérieure 2 ' . Les bobines 4 sont de forme essentiellement circu¬ laire et sont localisées dans l'espace annulaire laissé entre les secteurs 1 et 9 et les retours de flux.- two base plates 2 and 2 'called cylinder heads; - at least two upper sectors called hills 1 and / or 9 and the same number of lower sectors l 'and / or 9' located symmetrically with the upper sectors 7 and / or 9 relative to the plane of symmetry 7 said plane separate median through a small air gap; between each hill is located a space where the air gap is of higher dimension called "valley" 11 and 11 *; - At least two flow returns 3 rigidly joining the lower cylinder head 2 to the upper cylinder head 2 '. The coils 4 are essentially circular in shape and are located in the annular space left between sectors 1 and 9 and the flow returns.
Ces bobines peuvent être réalisées dans un matériau supraconducteur, mais dans ce cas il faudra prévoir les dispositifs de cryogénie nécessaires.These coils can be made of a superconductive material, but in this case it will be necessary to provide the necessary cryogenic devices.
Le conduit central 8 est destiné à recevoir, au moins en partie, la source de particules à accélérer qui sont injectées au centre de l'appareil par des moyens connus en soi.The central duct 8 is intended to receive, at least in part, the source of particles to be accelerated which are injected into the center of the device by means known per se.
Dans un mode d'exécution particulièrement préféré de l'invention, le cyclotron possède avantageusement 4 paires de collines dont 2 paires 1 et 1' sont du type résonnant et assurent de ce fait l'accélération. Les deux autres paires de collines 9 et 9' sont connectées électriquement à la boîte à vide 5 et ne résonnent donc pas.In a particularly preferred embodiment of the invention, the cyclotron advantageously has 4 pairs of hills, of which 2 pairs 1 and 1 ′ are of the resonant type and therefore ensure acceleration. The other two pairs of hills 9 and 9 'are electrically connected to the vacuum box 5 and therefore do not resonate.
Le champ magnétique moyen au rayon d'extraction est de 2,4 Tesla. La fréquence de rotation correspondante des protons est d'environ 30.106 rotations par seconde. La fré¬ quence accélératrice choisie est deux fois supérieure soit 60 megacycles par seconde, la longueur d'onde correspondante étant de 4.62 m.The average magnetic field at the extraction radius is 2.4 Tesla. The corresponding frequency of rotation of the protons is approximately 30.10 6 rotations per second. The accelerating frequency chosen is twice as high, ie 60 megacycles per second, the corresponding wavelength being 4.62 m.
La profondeur des vallées 11 et 11' mesurée à partir du plan médian est de 55 cm.The depth of the valleys 11 and 11 'measured from the median plane is 55 cm.
Dans ce cas, l'obtention de la résonance à 60 mégacycles par seconde requiert l'addition d'une capacité supplémentaire de 120 picofarads par ensemble résonateur. Une partie de cette capacité résulte de l'adjonction d'électrodes aidant l'accélération du faisceau au centre de la machine et le reste est fourni par un condensateur variable 6 installé dans le plan médian 7 entre le résonateur 1 et la boîte à vide 5. Les connexions électriques 10 entre collines résonnantes permettent d'assurer une parf ite symétrie des tensions radiofréquence de part et d'autre du plan médian 7. On peut considérer que les collines ainsi décrites, disjointes des autres collines et de la boîte à vide consti¬ tuent le conducteur d'une ligne de transmission coaxiale dont le conducteur extérieur est constitué par la boîte à vide et les autres collines. On peut considérer que le segment de ligne coaxiale ainsi formé est court-circuité aux deux extré- mités, à l'endroit où les collines viennent s'attacher aux plaques de base du cyclotron.In this case, obtaining resonance at 60 megacycles per second requires the addition of an additional capacity of 120 picofarads per resonator assembly. Part of this capacity results from the addition of electrodes helping the acceleration of the beam in the center of the machine and the rest is provided by a variable capacitor 6 installed in the median plane 7 between the resonator 1 and the vacuum box 5 . The electrical connections 10 between resonant hills make it possible to ensure a perfect symmetry of the radiofrequency voltages on either side of the median plane 7. It can be considered that the hills thus described, disjoint from the other hills and from the vacuum box consti¬ kill the driver of a coaxial transmission line whose outer driver is the vacuum box and the other hills. It can be considered that the coaxial line segment thus formed is short-circuited at the two ends, at the place where the hills come to attach to the base plates of the cyclotron.
Il est bien connu en électromagnétisme qu'une telle ligne coaxiale ainsi court-circuitée aux deux extrémités présente une résonance électromagnétique à une fréquence telle que la longueur d'onde associée est égale au double de la longueur du segment de la ligne coaxiale court-circuitée.It is well known in electromagnetism that such a coaxial line thus short-circuited at both ends exhibits electromagnetic resonance at a frequency such that the associated wavelength is equal to twice the length of the segment of the short-circuited coaxial line .
Pour cette résonance électromagnétique, le maximum de tension est observé au milieu de la ligne soit, dans le cyclotron, au niveau du plan médian où s'accélèrent les particules.For this electromagnetic resonance, the maximum voltage is observed in the middle of the line or, in the cyclotron, at the level of the median plane where the particles accelerate.
Enfin, il est bien connu en électromagnétisme que la résonance précitée peut être déplacée à une fréquence plus basse, en plaçant une capacité supplémentaire entre le con¬ ducteur intérieur et extérieur de ligne coaxiale, de préfé- rence en son milieu.Finally, it is well known in electromagnetism that the aforementioned resonance can be moved at a lower frequency, by placing an additional capacitance between the interior and exterior conductor of coaxial line, preferably in its middle.
D'autre part, la distance angulaire entre deux espaces d'accélération (espaces situés entre deux collines jouant le rôle de résonateur de haute fréquence) peut avanta¬ geusement être l'angle séparant deux vallées successives alors que dans les configurations classiques l'angle maximum entre deux espaces accélérateurs doit être inférieur à l'angle d'une vallée.On the other hand, the angular distance between two acceleration spaces (spaces located between two hills playing the role of high frequency resonator) can advantageously be the angle separating two successive valleys whereas in conventional configurations the angle maximum between two accelerator spaces must be less than the angle of a valley.
Ceci permet l'utilisation d'angles plus grands entre les espaces d'accélération, ce qui permet dans certains cas, une accélération beaucoup plus efficace du faisceau.This allows the use of larger angles between the acceleration spaces, which in some cases allows a much more efficient acceleration of the beam.
Dans le cas de la géométrie précitée, l'obtention d'une tension alternative de 100 W ne requiert qu'une puis¬ sance radiofréquence de 30 __W par résonateur. In the case of the aforementioned geometry, obtaining an alternating voltage of 100 W requires only a radiofrequency power of 30 __W per resonator.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cyclotron caractérisé en ce qu'il comporte des secteurs magnétiques assurant la focalisation (collines) qui sont dimensionnés de façon à présenter une résonance électro- magnétique à une fréquence supérieure à 10 mégacycles par seconde, telle que les champs électriques de haute fréquence résultant de cette résonance peuvent être utilisés pour l'accélération des particules.1. Cyclotron characterized in that it comprises magnetic sectors ensuring the focusing (hills) which are dimensioned so as to present an electromagnetic resonance at a frequency higher than 10 megacycles per second, such as the electric fields of high frequency resulting of this resonance can be used for particle acceleration.
2. Cyclotron selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence choisie pour l'accélération des parti¬ cules est telle que la longueur d'onde associée à cette fréquence est supérieure à quatre fois la profondeur des vallées mesurée à partir du plan médian.2. Cyclotron according to claim 1 characterized in that the frequency chosen for the acceleration of the particles is such that the wavelength associated with this frequency is greater than four times the depth of the valleys measured from the median plane.
3. Cyclotron selon la revendication 2 caracté- risé en ce que la longueur d'onde associée à la fréquence accélératrice est comprise entre cinq fois et dix fois la profondeur des vallées mesurées à partir du plan médian.3. Cyclotron according to claim 2, characterized in that the wavelength associated with the accelerating frequency is between five times and ten times the depth of the valleys measured from the median plane.
4. Cyclotron selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes caractérisé en ce que les deux collines situées symétriquement par rapport au plan médian et desti¬ nées à jouer le rôle d'une électrode accélératrice résonnante sont disjointes des autres paires de collines.4. Cyclotron according to any one of the preceding claims, characterized in that the two hills situated symmetrically with respect to the median plane and intended to play the role of a resonant accelerating electrode are separated from the other pairs of hills.
5. Cyclotron selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes caractérisé en ce que les deux collines situées symétriquement par rapport au plan médian et desti¬ nées à jouer le rôle d'une électrode accélératrice résonnante sont connectées électriquement l'une à l'autre.5. Cyclotron according to any one of the preceding claims, characterized in that the two hills situated symmetrically with respect to the median plane and intended to play the role of a resonant accelerating electrode are electrically connected one to the other.
6. Cyclotron selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes caractérisé en ce qu'une capacité réglable est prévue entre la paire de collines résonnantes et une électrode au potentiel de la masse. 6. Cyclotron according to any one of the preceding claims, characterized in that an adjustable capacity is provided between the pair of resonant hills and an electrode at ground potential.
PCT/BE1990/000067 1989-11-21 1990-11-20 Sectorally focused cyclotrons WO1991007864A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE8901242A BE1003551A3 (en) 1989-11-21 1989-11-21 CYCLOTRONS FOCUSED BY SECTORS.
BE8901242 1989-11-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1991007864A1 true WO1991007864A1 (en) 1991-05-30

Family

ID=3884398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BE1990/000067 WO1991007864A1 (en) 1989-11-21 1990-11-20 Sectorally focused cyclotrons

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0500633A1 (en)
JP (1) JPH05501632A (en)
BE (1) BE1003551A3 (en)
CA (1) CA2071209A1 (en)
WO (1) WO1991007864A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993010651A1 (en) * 1991-11-22 1993-05-27 Ion Beam Applications S.A. Compact isochronic cyclotron
WO2000019786A3 (en) * 1998-09-29 2000-05-25 Gems Pet Systems Ab Method and system for minimizing the magnet size in a cyclotron
US8525448B2 (en) 2011-02-28 2013-09-03 Mitsubishi Electric Corporation Circular accelerator and operating method therefor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6739393B2 (en) * 2017-04-18 2020-08-12 株式会社日立製作所 Particle beam accelerator and particle beam therapy system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175131A (en) * 1961-02-08 1965-03-23 Richard J Burleigh Magnet construction for a variable energy cyclotron
FR2176485A1 (en) * 1972-03-20 1973-11-02 Thomson Csf
EP0128052A1 (en) * 1983-04-12 1984-12-12 C.G.R. MeV Cyclotron with defocusing system
WO1986006924A1 (en) * 1985-05-10 1986-11-20 Universite Catholique De Louvain Cyclotron

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175131A (en) * 1961-02-08 1965-03-23 Richard J Burleigh Magnet construction for a variable energy cyclotron
FR2176485A1 (en) * 1972-03-20 1973-11-02 Thomson Csf
EP0128052A1 (en) * 1983-04-12 1984-12-12 C.G.R. MeV Cyclotron with defocusing system
WO1986006924A1 (en) * 1985-05-10 1986-11-20 Universite Catholique De Louvain Cyclotron

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. vol. A254, no. 2, 15 février 1987, AMSTERDAM NL pages 237 - 251; BIGHAM ET AL: "FIRST OPERATION OF THE CHALK RIVER SUPERCONDUCTING CYCLOTRON" voir page 239, colonne de droite, alinéa 3 page 240, ligne R, alinéa 4; figure 4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993010651A1 (en) * 1991-11-22 1993-05-27 Ion Beam Applications S.A. Compact isochronic cyclotron
BE1005530A4 (en) * 1991-11-22 1993-09-28 Ion Beam Applic Sa Cyclotron isochronous
WO2000019786A3 (en) * 1998-09-29 2000-05-25 Gems Pet Systems Ab Method and system for minimizing the magnet size in a cyclotron
US8525448B2 (en) 2011-02-28 2013-09-03 Mitsubishi Electric Corporation Circular accelerator and operating method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05501632A (en) 1993-03-25
EP0500633A1 (en) 1992-09-02
CA2071209A1 (en) 1991-05-22
BE1003551A3 (en) 1992-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0613607B1 (en) Compact isochronic cyclotron
US7217922B2 (en) Planar micro-miniature ion trap devices
WO1997014279A1 (en) Method for sweeping charged particles out of an isochronous cyclotron, and device therefor
FR2499312A1 (en) MODEL MITIGATION DEVICE FOR GYROTRON CAVITIES
EP0711100B1 (en) Plasma production device, allowing a dissociation between microwave propagation and absorption zones
CA2574349A1 (en) Mass spectrometer
EP2353347B1 (en) Device and method for producing and/or confining a plasma
EP0094889B1 (en) Charged particles linear accelerator with drift tubes
CH623182A5 (en)
WO2003069651A1 (en) Permanent magnet ion trap and mass spectrometer using such a magnet
EP2873306B1 (en) Coaxial microwave applicator for plasma production
FR2904178A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR PRODUCTION AND / OR CONTAINMENT OF PLASMA
FR2853163A1 (en) MICROWAVE GENERATOR
BE1003551A3 (en) CYCLOTRONS FOCUSED BY SECTORS.
EP0410880B1 (en) Free electron laser with improved electron accelerator
FR2904177A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING AND CONTAINING PLASMA.
EP0722651B1 (en) Device and method for forming a microwave plasma
EP0946961B1 (en) Magnetic system, particularly for ecr sources, for producing closed surfaces of equimodule b of any form and dimensions
WO2009077407A1 (en) Microwave structure for microwave tube beam confinement device with permanent magnets and enhanced cooling
EP0232651B1 (en) Ion source operating at the electron cyclotron resonance
EP0813223B1 (en) Magnetic field generation means and ECR ion source using the same
EP0122186B1 (en) Microwave generator
JPH07302700A (en) High frequency quadrupole accelerator
FR2526582A1 (en) METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MICROWAVE
EP0445009A1 (en) Frequency-tuneable microwave tube

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1990916441

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2071209

Country of ref document: CA

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1990916441

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1990916441

Country of ref document: EP