WO1993010651A1 - Cyclotron isochrone compact - Google Patents

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WO1993010651A1
WO1993010651A1 PCT/BE1992/000050 BE9200050W WO9310651A1 WO 1993010651 A1 WO1993010651 A1 WO 1993010651A1 BE 9200050 W BE9200050 W BE 9200050W WO 9310651 A1 WO9310651 A1 WO 9310651A1
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WO
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hills
cyclotron
air gap
radius
sectors
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PCT/BE1992/000050
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English (en)
Inventor
André LAISNE
Original Assignee
Ion Beam Applications S.A.
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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 a cyclotron of new design in which the particle beam is focused by sectors. More particularly, the present invention relates to an isochronous cyclotron comprising an electromagnet constituting the magnetic circuit which includes at least three pairs of sectors called “hills" where the air gap is reduced, separated by spaces in the form of sectors called “valleys” where the air gap is larger.
  • the present invention relates more particularly to a compact isochronous cyclotron, that is to say energized by at least one pair of main circular coils surrounding the poles of the electromagnet.
  • the present invention relates to both superconductive and non-superconductive cyclotrons. 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.
  • isochronous cyclotrons a distinction must be made between compact type cyclotrons which are energized by at least one pair of main circular coils and so-called separate sector cyclotrons where the magnetic structure is divided into separate fully autonomous units.
  • the first generation isochronous cyclotrons are cyclotrons which use circular coils of the conventional type, that is to say non-superconductive.
  • the average induction field obtained was limited to values of 1.4 Tesla.
  • a particularly favorable embodiment for a cyclotron of this type is described in patent application WO-A-8606924 where the air gap of the sectors called collines is reduced to a value close to the size of the accelerated beam, while the gap between the sectors, called val ⁇ lées, which separate the hills, is very large so that the magnetic field there is approximately zero.
  • Another particularly favorable embodiment of an isochronous cyclotron focused by sectors is described in document WO-A-9107864 where the hills are merged with the accelerator system by a suitable choice of their configuration and dimensions.
  • a first object of the present invention aims to propose a compact isochronous cyclotron, superconductive or not, which tends to prevent the weakening of the vertical component of the induction when one approaches the radial extremity of the poles.
  • the present invention is to pro- ser isochronous cyclotron where the field area can not be used to r end of the poles is reduced to a few millimeters.
  • An additional aim of the present invention is to provide a cyclotron which has a simplified extraction device, in particular in the case of a superconductive cyclotron.
  • the present invention relates to a compact isochronous superconductive or non-superconductive isotron cyclotron in which the particle beam is focused by sectors, comprising an electromagnet constituting the magnetic circuit which includes at least three pairs of sectors called “co- llines "where the air gap is reduced, separated by spaces in the form of sectors called” valleys "where the air gap is larger and which is energized by at least a pair of main circular coils surrounding the poles of the electro -magnet, this cyclotron being characterized in that the air gap of the hills has an essentially elliptical evolving profile which tends towards complete closure at the radial end of the hills (radius of the hills) on the median plane and more particularly which closes completely on the median plane.
  • the expression “tends towards complete closure” means the configurations where there remains a small residual opening (preferably less than the vertical dimension of the accelerated beam) and the configurations where the closure of the elliptical profile of the air gap is total in the median plane.
  • This shunt preferably has a radial thickness of between 2 and 10 mm so as to increase the polar radius by this amount relative to the radius of the hills.
  • the closing of the air gap at the shunt should not be total; indeed, it suffices that the residual air gap remains small relative to the vertical dimension of the accelerated beams.
  • FIG. 1 schematically shows an exploded view of the main elements constituting the lower half of a compact isochronous cyclotron
  • FIG. 2 shows a sectional view of a cy ⁇ clotron according to the present invention
  • FIG. 3 shows a more detailed view of an air gap between two hills having the essential features of the present invention
  • FIGS. 4 to 11 are graphic representations of the value of the vertical component of the induction as a function of the radius in the median plane of the air gap located between two hills for a cyclotron of the prior art (fig. 4 and 5 ) or according to a cyclotron of the present invention (fig. 6 to 11). Description of a preferred embodiment of a cyclotron according to the invention
  • the cyclotron shown diagrammatically in FIG. 1 is a cyclotron intended for the acceleration of protons up to at an energy of 230 MeV.
  • the magnetic structure 1 of the cyclotron is composed of a certain number of elements 2, 3, 4 and 5, made of a ferromagnetic material and of coils' 6 made of a preferably conductive or superconductive material.
  • the ferromagnetic structure consists of:
  • At least three upper sectors 3 called hills and the same number of lower sectors 3 '(see Figure 2) located symmetrically, with respect to a plane of symmetry 10 said median plane, to the upper sectors 3 and which are separated by a small air gap 8; between two consecutive hills, there is a space where the air gap is of higher dimension and which is called "valley" 4; - At least one flow return 5 rigidly joining the lower cylinder head 2 to the upper cylinder head 2 '.
  • the coils 6 are essentially circular in shape and are located in the annular space left between the sectors 3 or 3 ′ and the flow returns 5. These coils can be made of a superconductive material but in this case it will be necessary to provide the cryogenic devices required.
  • the central duct is intended to receive, at least in part, the source of particles 7 to be accelerated which are injected into the center of the device by means known per se.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a cyclo ⁇ tron according to the present invention.
  • the essential characteristic of the cyclotron according to the present invention is constituted by the fact that the air gap 8 located between two hills 3 and 3 'has an essentially elliptical evolutionary profile which tends to close on the median plane 10 at the radial end. of hills called radius of hills R ⁇ .
  • the closure is complete on the shelf
  • Rc or at least the residual air gap is less than the vertical dimension of the beam.
  • a magnetic shunt 9 has been placed beyond the radius of the hills R between each pair of lines 3 and 3 ′, which is in the form of a metal screen which has a radial thickness included between 2 and 10 mm and preferably of the order of 6.5 mm.
  • the polar radius B and the hill radius R ç no longer coincide, the polar radius being well located at the radial end of the magnetic shunt.
  • At least one magnetic shunt 9 is provided with at least one opening 11 to allow the passage of the extracted beam. Preferably, it is arranged at an angle to the radius of the hills.
  • FIGS. 4 to 11 represent the vertical component B z of the induction as a function of the radius ⁇ in the case of a uniform magnetization fî.
  • Figures 4 and 5 show this variation in the case of a constant air gap b between two hills as is the case for a cyclotron according to the prior art.
  • FIGS. 6 and 7 show the variation of the magnetic induction B z as a function of the radius ⁇ in the case where the air gap is in the form of an elliptical shape completely closing at the polar radius R c , in the theoretical case of a uniform magnetization M.
  • the value of the vertical component Bz (r) of the magneto-static induction for the radius less than the radius R c essentially depends on the value of the half minor axis (b) of the ellipse generating the profile of the air gap formed between two hills.
  • the main advantage of this configuration of the air gap for a cyclotron according to the present invention lies in the fact that the extraction system for the particle beam will be greatly simplified compared to the extraction system for cyclotrons according to the state of prior art.
  • a cyclotron according to the present invention which is intended to accelerate protons to an energy higher than 150 Mev, may have an extraction system composed only of a single electrostatic deflector followed by two or three magnetostatic channels focusers.
  • these magnetostatic channels consist of soft iron bars of rectangular section of small dimension and are consequently of a very low production cost.
  • a cyclotron according to the present invention has the advantage of reducing the volume of iron necessary for producing the poles of the cylinder head compared to those of a cyclotron according to the prior art.

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Abstract

Cyclotron isochrone compact (1) supraconducteur ou non supraconducteur dans lequel le faisceau de particules est focalisé par secteurs, comportant un électro-aimant constituant le circuit magnétique qui inclut au moins trois paires de secteurs (3, 3') appelés "collines" oú l'entrefer est réduit, séparés par des espaces en forme de secteurs (4) appelés "vallées" oú l'entrefer est de dimension plus grande et qui est énergétisé par au moins une paire de bobines (6) circulaires principales entourant les pôles de l'électro-aimant; ce cyclotron étant caractérisé en ce que l'entrefer (8) localisé entre deux collines (3, 3') présente un profil évolutif essentiellement elliptique qui tend vers la fermeture complète à l'extrémité radiale des collines (RC) sur le plan médian.

Description

CYCLOTRON ISOCHRONE COMPACT
Objet de l'invention
La présente invention concerne un cyclotron de conception nouvelle dans lequel le faisceau de particules est focalisé par secteurs. Plus particulièrement, la présente invention concerne un cyclotron isochrone comportant un électro-aimant constituant le circuit magnétique qui inclut au moins trois paires de secteurs appelés "collines" où l'entrefer est réduit, séparés par des espaces en forme de secteurs appelés "vallées" où l'entrefer est de dimension plus grande.
La présente invention concerne plus particulière¬ ment un cyclotron isochrone compact c'est-à-dire énergétisé par au moins une paire de bobines circulaires principales entourant les pôles de l'électro-aimant. La présente invention concerne à la fois les cyclo- trons supraconducteurs et non supraconducteurs. Etat de la technique
Les cyclotrons sont des accélérateurs de particules utilisés en particulier pour la production d'isotopes radioactifs.
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. L'électro-aimant assure le guidage des ions sur une trajectoire représentant approximativement une spirale de rayon croissant au cours de l'accélération.
Dans les cyclotrons modernes de type isochrone les pôles de l'électro-aimant sont divisés en secteurs présentant alternativement un entrefer réduit et un* entrefer plus grand. La variation azimutale du champ magnétique qui en résulte a pour effet d'assurer la focalisation verticale et horizontale du faisceau au cours de l'accélération.
Parmi les cyclotrons isochrones, il convient de distinguer les cyclotrons de type compact qui sont énergéti- sés par au moins une paire de bobines circulaires principales et les cyclotrons dits à secteurs séparés où la structure magnétique est divisée en unités séparées entièrement autonomes.
Les cyclotrons isochrones de la première génération sont des cyclotrons qui utilisent des bobines circulaires de type classique, c'est-à-dire non supraconductrices. Pour ces cyclotrons de la première génération le champ d•induction moyen obtenu était limité à des valeurs de 1,4 Tesla.
Un mode de réalisation particulièrement favorable pour un cyclotron de ce type est décrit dans la demande de brevet WO-A-8606924 où l'entrefer des secteurs appelés colli- nés est réduit à une valeur proche de la taille du faisceau accéléré, tandis que l'entrefer des secteurs, appelés val¬ lées, qui séparent les collines, est très grand de façon telle que le champ magnétique y est approximativement nul. Un autre mode de réalisation particulièrement favorable d'un cyclotron isochrone focalisé par secteurs est décrit dans le document WO-A-9107864 où les collines sont confondues avec le système accélérateur par un choix appro¬ prié de leurs configuration et dimensions.
Ces deux documents présentent des entrefers entre collines constants.
Le document US-2 872 574 décrit un cyclotron iso¬ chrone dont l'entrefer entre collines présente un profil qui décroît linéairement. Ce cyclotron est destiné à l'accéléra¬ tion de particules jusqu'à quelques dizaines de MeV proton. Le document IEEE Transaction on Nuclear Science
(Vol. NS-32 n° 5/2, octobre 1985, NY-US pp. 3316-3317) décrit un cyclotron isochrone compact permettant d'accélérer des particules H" jusqu'à une énergie de 30 ev pour des indue- tions magnétiques entre les collines de l'ordre de 1,7 Tesla, et dans lequel l'entrefer entre collines présente un profil qui croit jusqu'à une valeur maximale pour décroître au-delà. Depuis une vingtaine d'années, sont apparus les cyclotrons appelés cyclotrons de la seconde génération qui utilisent les technologies des supraconducteurs. Dans ces cyclotrons, les bobines principales sont de type supraconduc- trices et permettent d'obtenir des inductions moyennes com¬ prises entre 1,7 et 5 Tesla, ce qui permet de délivrer des faisceaux de particules présentant des rigidités magnétiques (Br) nettement supérieures à celles délivrées par les cyclo¬ trons de la première génération.
Cependant, du fait des inductions plus élevées obtenues, il a fallu augmenter le nombre de cavités accéléra- trices autant que possible afin d'éviter que le faisceau ne doive exécuter un trop grand nombre de tours au sein du cyclotron. En effet, lorsque le faisceau doit effectuer un nombre élevé de tours, ceci nécessite une précision accrue de réalisation du champ magnétique et on préfère dans ce cas utiliser toutes les vallées pour y loger les cavités accélératrices.
De ce fait, les dispositifs d'extraction dans les cyclotrons isochrones supraconducteurs sont rejetés en colline, ce qui complique nettement l'extraction. Un second inconvénient dû au fait que des champs élevés sont obtenus pour des cyclotrons supraconducteurs est que les dispositifs d'extraction constitués par un canal électrostatique et/ou un canal électromagnétique, ont vu leur efficacité relative diminuer et de ce fait les cyclotrons de la seconde généra- tion nécessitent des dispositifs d'extraction beaucoup plus complexes que ceux de la première génération.
En particulier les dispositifs d'extraction des cyclotrons connus de la seconde génération présentent la particularité qu'ils occupent presque un tour entier de machine le long duquel on peut dénombrer deux à trois extrac¬ teurs suivis de trois à dix éléments focalisateurs.
Dans tous les cyclotrons isochrones compacts à bobines supraconductrices ou non, dans lesquels l'entrefer entre deux collines est essentiellement constant, on observe une décroissance de l'induction qui se fait sentir dès les deux premiers tiers du rayon polaire pour tomber à la moitié de sa valeur maximale à l'extrémité radiale des collines (rayon des collines) .
Une première solution afin d'éviter cette décrois¬ sance a été proposée en choisissant un rayon polaire notable¬ ment plus grand que celui auquel l'énergie maximale est atteinte, mais de ce fait on a également allongé la zone radiale où le champ magnétique continue à croître sans être isochrone; celui-ci passe par un maximum et décroît au-delà. L'extension de cette zone radiale de champ de bord va égale¬ ment compliquer nettement l'extraction. Buts de l'invention La présente invention vise à proposer une nouvelle configuration de cyclotron isochrone compact supraconducteur ou non ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieu .
Un premier but de la présente invention vise à proposer un cyclotron isochrone compact supraconducteur ou non qui tend à empêcher l'a faiblissement de la composante verticale de l'induction lorsque l'on s'approche de l'extré¬ mité radiale des pôles.
En particulier, la présente invention vise à propo- ser un cyclotron isochrone où la zone de champ non utilisable à lrextrémité des pôles se réduit à quelques millimètres.
Un but complémentaire de la présente invention est de proposer un cyclotron qui présente un dispositif d'extrac¬ tion simplifiée, en particulier dans le cas d'un cyclotron supraconducteur.
D'autres buts et avantages apparaîtront dans la description qui suit.
Principaux éléments caractéristiques de la présente invention La présente invention concerne un cyclotron iso- chrone compact supraconducteur ou non supraconducteur dans lequel le faisceau de particules est focalisé par secteurs, comprenant un électro-aimant constituant le circuit magnéti¬ que qui inclut au moins trois paires de secteurs appelés "co- llines" où l'entrefer est réduit, séparés par des espaces en forme de secteurs appelés "vallées" où l'entrefer est de dimension plus grande et qui est énergétisé par au moins une paire de bobines circulaires principales entourant les pôles de l'électro-aimant, ce cyclotron étant caractérisé en ce que l'entrefer des collines présente un profil évolutif essen¬ tiellement elliptique qui tend vers la fermeture complète à l'extrémité radiale des collines (rayon des collines) sur le plan médian et plus particulièrement qui se referme totale- ment sur le plan médian.
On entend par 1'expression "tend vers la fermeture complète" les configurations où il subsiste une faible ouver¬ ture résiduelle (de préférence inférieure à la dimension verticale du faisceau accéléré) et les configurations où la fermeture du profil elliptique de l'entrefer est totale au plan médian.
Selon cette dernière configuration de l'entrefer des collines (fermeture complète de l'entrefer) on obtient théoriquement une continuité parfaite de 1'induction sur toute l'étendue radiale des collines dans le cas où la mag¬ nétisation du fer est uniforme (module constant et direction constante) et ceci même dans le cas où le rayon polaire est égal au rayon des collines.
En pratique, avec du fer doux, on atteint cet état d'uniformité de la magnétisation lorsque le fer des collines travaille à saturation, c'est-à-dire lorsque l'induction dans le fer des collines est supérieure à 2,2 Tesla. Dans le cas où le rayon polaire vaut approximativement (à 1 mm près) le rayon des collines, la continuité parfaite de l'induction dans l'entrefer est atteinte alors sur la quasi-totalité de l'étendue de l'entrefer des collines.
Néanmoins, il subsiste encore une remontée de l'induction au voisinage du rayon des collines, du fait de la non-uniformité du vecteur magnétisation du fer au voisi- nage de ce rayon des collines.
Afin d'éviter ce phénomène, on prévoit de réaliser une fermeture de l'entrefer au plan médian sous forme d'un shunt magnétique entre chaque paire de collines. Ce shunt présente de préférence une épaisseur radiale comprise entre 2 et 10 mm de manière à augmenter de cette quantité le rayon polaire par rapport au rayon des collines.
La fermeture de l'entrefer au niveau du shunt ne devant pas être totale; en effet, il suffit que l'entrefer résiduel reste petit par rapport à la dimension verticale des faisceaux accélérés.
Outre le fait que selon cette configuration on rétablit la quasi parfaite continuité de l'induction interne jusqu'au rayon des collines, on observe également une décroissance extrêmement rapide de l'induction à l'extérieur au-delà du rayon des collines, ce qui permet de simplifier fortement le système d'extraction du faisceau de particules. Brève description des figures La présente invention sera mieux décrite à l'aide des figures annexées dans lesquelles:
- la figure 1 représente de manière schématique une vue éclatée des principaux éléments constituant la moitié inférieur d'un cyclotron isochrone compact;
- la figure 2 représente une vue en coupe d'un cy¬ clotron selon la présente invention;
- la figure 3 représente une vue plus détaillée d'un entrefer entre deux collines présen- tant les caractéristiques essentielles de la présente invention;
- les figures 4 à 11 sont des représentations graphiques de la valeur de la composante verticale de l'induction en fonction du rayon au plan médian de l'entrefer situé entre deux collines pour un cyclotron de l'art antérieur (fig. 4 et 5) ou selon un cyclotron de la présente invention (fig. 6 à 11) . Description d'une forme d'exécution préférée d'un cyclotron selon l'invention
Le cyclotron représenté schématiquement à la figure 1 est un cyclotron destiné à l'accélération de protons jus- qu'à une énergie de 230 MeV.
La structure magnétique 1 du cyclotron se compose d'un certain nombre d'éléments 2, 3, 4 et 5, réalisés en un matériau ferromagnétique et de bobines' 6 réalisées en un matériau de préférence conducteur ou supraconducteur.
La structure ferromagnétique est constituée de :
- deux plaques de base 2 et 2' appelées culasses;
- d'au moins trois secteurs supérieurs 3 appelés collines et d'un même nombre de secteurs inférieurs 3' (voir figure 2) situés symétriquement, par rapport à un plan de symétrie 10 dit plan médian, aux secteurs supérieurs 3 et qui sont séparés par un faible entrefer 8; entre deux collines consécutives, il existe un espace où l'entrefer est de dimension plus élevée et qui est appelé "vallée" 4; - d'au moins un retour de flux 5 réunissant de façon rigide la culasse inférieure 2 à la culasse supérieure 2 ' .
Les bobines 6 sont de forme essentiellement circu¬ laire et sont localisées dans l'espace annulaire laissé entre les secteurs 3 ou 3 ' et les retours de flux 5. Ces bobines peuvent être réalisées en un matériau supraconducteur mais dans ce cas il faudra prévoir les dispo¬ sitifs de cryogénie nécessaires.
Le conduit central est destiné à recevoir, au moins en partie, la source de particules 7 à accélérer qui sont injectées au centre de l'appareil par des moyens connus en soi.
La figure 2 représente une vue en coupe d'un cyclo¬ tron selon la présente invention.
La caractéristique essentielle du cyclotron selon la présente invention est constitué par le fait que l'entre¬ fer 8 localisé entre deux collines 3 et 3' présente un profil évolutif essentiellement elliptique qui tend à se refermer sur le plan médian 10 à l'extrémité radiale des collines appelée rayon des collines Rς. De préférence, la fermeture est complète au rayon
Rc ou tout au moins l'entrefer résiduel est inférieur à la dimension verticale du faisceau.
Selon une forme d'exécution encore préférée repré- sentée à la figure 3, on a disposé au-delà du rayon des collines R un shunt magnétique 9 entre chaque paire de col¬ lines 3 et 3', qui se présente sous forme d'un écran métalli¬ que présentant une épaisseur radiale comprise entre 2 et 10 mm et de préférence de l'ordre de 6,5 mm.
Dans ce cas, le rayon polaire B et le rayon colline Rç ne coïncident plus, le rayon polaire se situant bien enten¬ du à l'extrémité radiale du shunt magnétique.
Il est bien entendu que au moins un shunt magnéti- que 9 est muni d'au moins une ouverture 11 pour permettre le passage du faisceau extrait. De préférence, elle est aménagée en biais par rapport au rayon des collines.
Les figures 4 à 11 représentent la composante verticale Bz de l'induction en fonction du rayon γ dans le cas d'une magnétisation fî uniforme.
Les figures 4 et 5 représentent cette variation dans le cas d'un entrefer constant b entre deux collines comme c'est le cas pour un cyclotron selon l'art antérieur.
On observe que dans ce cas l'induction verticale Br décroît rapidement en fonction du rayon γ et ceci déjà pour une valeur nettement inférieure au rayon polaire R .
Cette décroissance se fait déjà sentir dès les deux premiers tiers du rayon polaire pour tomber à la moitié de sa valeur maximale au rayon des collines Rc. Les figures 6 et 7 représentent la variation de l'induction magnétique Bz en fonction du rayon γ dans le cas où l'entrefer se présente sous forme elliptique se fermant complètement au rayon polaire Rc, dans le cas théorique d'une magnétisation uniforme M. Dans ce cas théorique, on observe une continuité parfaite de l'induction pour toute distance radiale infé¬ rieure au rayon Rc et une décroissance extrêmement rapide au- delà de Rc, même dans le cas où R vaut Rc.
Néanmoins ainsi que déjà mentionné précédemment, ce cas est théorique; en réalité avec du fer doux on obtient une non uniformité de la magnétisation M au voisinage du rayon polaire qui génère par conséquent une remontée de
1rinduction telle que représentée aux figures 8 et 9. Afin d'éviter cet effet indésirable, il convient d'introduire un shunt magnétique qui obstrue le plan médian et permet ainsi de rétablir l'uniformité de la magnétisation et par conséquent la continuité quasi parfaite de l'induction verticale pour un rayon inférieur au rayon Rc ainsi que cela apparaît aux figures lOet 11.
Il convient de noter que la valeur de la composante verticale Bz (r) de l'induction magnéto-statique pour le rayon inférieur au rayon Rc dépend essentiellement de la valeur du demi petit axe (b) de l'ellipse générant le profil de l'entrefer formé entre deux collines.
L'avantage principal de cette configuration de l'entrefer pour un cyclotron selon la présente invention réside dans le fait que le système d'extraction du faisceau de particules sera fortement simplifié par rapport au système d'extraction pour des cyclotrons selon l'état de l'art antérieur.
En particulier, un cyclotron selon la présente invention qui est destiné à accélérer des protons à une énergie supérieure à 150 Mev, peut posséder un système d'ex¬ traction composé uniquement d'un seul déflecteur électrosta¬ tique suivi de deux ou trois canaux magnétostatiques focalisateurs.
Dans le présent cas, ces canaux magnétostatiques sont constitués de barres de fer doux à section rectangulaire de petite dimension et sont par conséquent d'un coût de réalisation très faible.
De manière générale, un cyclotron selon la présente invention présente l'avantage de la réduction du volume de fer nécessaire à la réalisation des pôles de la culasse par rapport à ceux d'un cyclotron selon l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cyclotron isochrone compact (1) supraconducteur ou non supraconducteur dans lequel le faisceau de particules est focalisé par secteurs, comportant un électro-aimant comprenant deux pôles et constituant le circuit magnétique qui inclut au moins trois paires de secteurs (3 et 3•) appelés "collines" où l'entrefer est réduit, séparés par des espaces en forme de secteurs (4) appelés "vallées" où l'entrefer est de dimension plus grande et qui est énergétisé par au moins une paire de bobines (6) circulaires principales entourant les pôles de l'électro-aimant; ce cyclotron étant caractérisé en ce que l'entrefer (8) localisé entre deux collines (3 et ') présente un profil évolutif essentiellement elliptique qui tend vers la fermeture complète à l'extrémité radiale des collines appelée rayon des collines (Rc) sur le plan médian (10).
2. Cyclotron selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'entrefer (8) entre deux collines (3 et 3') se referme totalement au rayon des collines (Rc) sur le plan médian (10) .
3. Cyclotron selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'entrefer (8) entre deux collines (3 et 3*) pré¬ sente une légère ouverture au rayon des collines (Rc) de préférence inférieure à là dimension verticale du faisceau à extraire.
4. Cyclotron selon la revendication 2 ou 3 caracté¬ risé en ce qu'un shunt magnétique (9) réalisé en continuité avec les pôles de l'électro-aimant est disposé entre chaque paire de collines (3 et 3r) au-delà de l'extrémité radiale des collines (Rc) .
5. Cyclotron selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'au moins un shunt magnétique (9) est muni d'au moins une ouverture (11) afin de permettre le passage du faisceau extrait.
6. Cyclotron selon la revendication 4 ou 5 caracté¬ risé en ce que les shunts magnétiques (9) se présentent sous forme d'un écran métallique d'une épaisseur comprise entre 2 et 10 mm et de préférence de l'ordre de 6,5 mm.
7. Cyclotron selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes caractérisé en ce que le système d'extraction associé au cyclotron se compose d'un seul dé¬ flecteur électrostatique suivi de préférence de deux ou trois canaux électrostatiques focalisateurs.
8. Utilisation d'un cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes pour 1'accélération de protons à une énergie supérieure à 150 Mev.
PCT/BE1992/000050 1991-11-22 1992-11-20 Cyclotron isochrone compact WO1993010651A1 (fr)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0686339A1 (fr) * 1993-12-23 1995-12-13 Cti Cyclotron Systems, Inc. Cyclotron, bobine d'electro-aimant et procede de fabrication associe
WO1997014279A1 (fr) * 1995-10-06 1997-04-17 Ion Beam Applications S.A. Methode d'extraction de particules chargees hors d'un cyclotron isochrone et dispositif appliquant cette methode
FR2766049A1 (fr) * 1997-07-09 1999-01-15 Pantechnik Cyclotron compact et son utilisation en proton-therapie
US6683426B1 (en) 1999-07-13 2004-01-27 Ion Beam Applications S.A. Isochronous cyclotron and method of extraction of charged particles from such cyclotron
JP2013543248A (ja) * 2010-11-22 2013-11-28 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 小型低温弱収束超伝導サイクロトロン
US10279199B2 (en) 2005-11-18 2019-05-07 Mevion Medical Systems, Inc. Inner gantry

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977554A (en) * 1998-03-23 1999-11-02 The Penn State Research Foundation Container for transporting antiprotons
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
EP2259664B1 (fr) * 2004-07-21 2017-10-18 Mevion Medical Systems, Inc. Générateur programmable de forme d'onde à radiofréquence pour un synchrocyclotron
DE602007005100D1 (de) * 2006-01-19 2010-04-15 Massachusetts Inst Technology Magnetstruktur für partikelbeschleunigung
US8003964B2 (en) * 2007-10-11 2011-08-23 Still River Systems Incorporated Applying a particle beam to a patient
US8581523B2 (en) 2007-11-30 2013-11-12 Mevion Medical Systems, Inc. Interrupted particle source
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
US8153997B2 (en) 2009-05-05 2012-04-10 General Electric Company Isotope production system and cyclotron
US8106570B2 (en) 2009-05-05 2012-01-31 General Electric Company Isotope production system and cyclotron having reduced magnetic stray fields
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
US9693443B2 (en) 2010-04-19 2017-06-27 General Electric Company Self-shielding target for isotope production systems
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
BE1019411A4 (fr) * 2010-07-09 2012-07-03 Ion Beam Applic Sa Moyen de modification du profil de champ magnetique dans un cyclotron.
EP2410823B1 (fr) * 2010-07-22 2012-11-28 Ion Beam Applications Cyclotron apte à accélérer au moins deux types de particules
BE1019557A3 (fr) * 2010-10-27 2012-08-07 Ion Beam Applic Sa Synchrocyclotron.
JP5665721B2 (ja) * 2011-02-28 2015-02-04 三菱電機株式会社 円形加速器および円形加速器の運転方法
US9336915B2 (en) 2011-06-17 2016-05-10 General Electric Company Target apparatus and isotope production systems and methods using the same
US9894746B2 (en) 2012-03-30 2018-02-13 General Electric Company Target windows for isotope systems
TW201434508A (zh) 2012-09-28 2014-09-16 Mevion Medical Systems Inc 一粒子束之能量調整
TW201422279A (zh) 2012-09-28 2014-06-16 Mevion Medical Systems Inc 聚焦粒子束
JP6138947B2 (ja) 2012-09-28 2017-05-31 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 磁場再生器
EP2901824B1 (fr) 2012-09-28 2020-04-15 Mevion Medical Systems, Inc. Éléments d'homogénéisation de champ magnétique permettant d'ajuster la position de la bobine principale et procédé correspondant
US10254739B2 (en) 2012-09-28 2019-04-09 Mevion Medical Systems, Inc. Coil positioning system
TW201422278A (zh) 2012-09-28 2014-06-16 Mevion Medical Systems Inc 粒子加速器之控制系統
TW201424467A (zh) 2012-09-28 2014-06-16 Mevion Medical Systems Inc 一粒子束之強度控制
CN104812443B (zh) 2012-09-28 2018-02-02 梅维昂医疗系统股份有限公司 粒子治疗系统
JP2014102990A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Sumitomo Heavy Ind Ltd サイクロトロン
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
KR101468080B1 (ko) * 2013-08-21 2014-12-05 성균관대학교산학협력단 사이클로트론용 전자석 시스템
JP6855240B2 (ja) 2013-09-27 2021-04-07 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 粒子ビーム走査
US10675487B2 (en) 2013-12-20 2020-06-09 Mevion Medical Systems, Inc. Energy degrader enabling high-speed energy switching
US9962560B2 (en) 2013-12-20 2018-05-08 Mevion Medical Systems, Inc. Collimator and energy degrader
US9661736B2 (en) 2014-02-20 2017-05-23 Mevion Medical Systems, Inc. Scanning system for a particle therapy system
DE102014003536A1 (de) * 2014-03-13 2015-09-17 Forschungszentrum Jülich GmbH Fachbereich Patente Supraleitender Magnetfeldstabilisator
US9950194B2 (en) 2014-09-09 2018-04-24 Mevion Medical Systems, Inc. Patient positioning system
US9961756B2 (en) 2014-10-07 2018-05-01 General Electric Company Isotope production target chamber including a cavity formed from a single sheet of metal foil
US10786689B2 (en) 2015-11-10 2020-09-29 Mevion Medical Systems, Inc. Adaptive aperture
JP7059245B2 (ja) 2016-07-08 2022-04-25 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 治療計画の決定
CN106132061B (zh) * 2016-07-29 2018-11-30 中国原子能科学研究院 适用于200-250MeV超导质子回旋加速器束流引出的磁通道
US11103730B2 (en) 2017-02-23 2021-08-31 Mevion Medical Systems, Inc. Automated treatment in particle therapy
EP3645111A1 (fr) 2017-06-30 2020-05-06 Mevion Medical Systems, Inc. Collimateur configurable commandé au moyen de moteurs linéaires
TW202039026A (zh) 2019-03-08 2020-11-01 美商美威高能離子醫療系統公司 藉由管柱之輻射遞送及自其產生治療計劃

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2872574A (en) * 1956-04-12 1959-02-03 Edwin M Mcmillan Cloverleaf cyclotron
US3883761A (en) * 1972-12-08 1975-05-13 Cyclotron Corp Electrostatic extraction method and apparatus for cyclotrons
WO1986006924A1 (fr) * 1985-05-10 1986-11-20 Universite Catholique De Louvain Cyclotron
WO1991007864A1 (fr) * 1989-11-21 1991-05-30 Ion Beam Applications S.A. Cyclotrons focalises par secteurs

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8512804D0 (en) * 1985-05-21 1985-06-26 Oxford Instr Ltd Cyclotrons

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2872574A (en) * 1956-04-12 1959-02-03 Edwin M Mcmillan Cloverleaf cyclotron
US3883761A (en) * 1972-12-08 1975-05-13 Cyclotron Corp Electrostatic extraction method and apparatus for cyclotrons
WO1986006924A1 (fr) * 1985-05-10 1986-11-20 Universite Catholique De Louvain Cyclotron
WO1991007864A1 (fr) * 1989-11-21 1991-05-30 Ion Beam Applications S.A. Cyclotrons focalises par secteurs

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE. vol. NS-32, no. 5/2, Octobre 1985, NEW YORK US pages 3316 - 3317 SURA ET AL. 'A compact cyclotron C-30 for medical isotopes production' cité dans la demande *
KERNTECHNIK. vol. 17, no. 8, 1975, MUNCHEN DE pages 345 - 349 JOHO ET AL. 'The 590 MeV isochronous ring cyclotron of the Swiss Institute of Nuclear Research (S.I.N.)' *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0686339A1 (fr) * 1993-12-23 1995-12-13 Cti Cyclotron Systems, Inc. Cyclotron, bobine d'electro-aimant et procede de fabrication associe
EP0686339A4 (fr) * 1993-12-23 1996-05-15 Cti Cyclotron Sys Inc Cyclotron, bobine d'electro-aimant et procede de fabrication associe
WO1997014279A1 (fr) * 1995-10-06 1997-04-17 Ion Beam Applications S.A. Methode d'extraction de particules chargees hors d'un cyclotron isochrone et dispositif appliquant cette methode
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.
US6057655A (en) * 1995-10-06 2000-05-02 Ion Beam Applications, S.A. Method for sweeping charged particles out of an isochronous cyclotron, and device therefor
FR2766049A1 (fr) * 1997-07-09 1999-01-15 Pantechnik Cyclotron compact et son utilisation en proton-therapie
WO1999003314A1 (fr) * 1997-07-09 1999-01-21 Pantechnik Cyclotron compact et son utilisation en proton therapie
US6683426B1 (en) 1999-07-13 2004-01-27 Ion Beam Applications S.A. Isochronous cyclotron and method of extraction of charged particles from such cyclotron
US10279199B2 (en) 2005-11-18 2019-05-07 Mevion Medical Systems, Inc. Inner gantry
US10722735B2 (en) 2005-11-18 2020-07-28 Mevion Medical Systems, Inc. Inner gantry
JP2013543248A (ja) * 2010-11-22 2013-11-28 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 小型低温弱収束超伝導サイクロトロン

Also Published As

Publication number Publication date
CA2122583C (fr) 2001-12-11
US5521469A (en) 1996-05-28
EP0613607B1 (fr) 1996-03-20
EP0613607A1 (fr) 1994-09-07
JP3100634B2 (ja) 2000-10-16
CA2122583A1 (fr) 1993-05-23
BE1005530A4 (fr) 1993-09-28
DE69209312T2 (de) 1996-08-22
DE69209312D1 (de) 1996-04-25
DK0613607T3 (da) 1996-08-05
JPH07501171A (ja) 1995-02-02

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