WO2008012189A1 - Drehbarer supraleitender strahlführungsmagnet mit festkörper-kryobus - Google Patents

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WO2008012189A1
WO2008012189A1 PCT/EP2007/056830 EP2007056830W WO2008012189A1 WO 2008012189 A1 WO2008012189 A1 WO 2008012189A1 EP 2007056830 W EP2007056830 W EP 2007056830W WO 2008012189 A1 WO2008012189 A1 WO 2008012189A1
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beam guiding
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solid
guiding magnet
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Günter RIES
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the invention relates to a beam guiding magnet for deflecting a beam of electrically charged particles along a curved particle path, the magnet being rotatable about an axis located outside the magnet, free of ferromagnetic material influencing the beam guiding, and
  • - Contains a system of at least four in the guide direction of the particle beam extended curved superconducting individual coils, which are arranged in pairs mirror images of a predetermined by the curved particle path beam guiding plane.
  • Such a curved beam guiding magnet is proposed in the non-prepublished DE application 10 2006 018 635.4.
  • the invention further relates to an irradiation insert with such a curved beam guiding magnet.
  • Powerful magnets are used as beam guidance, deflection and focusing magnets used in particle accelerators ⁇ equipment used.
  • Particle accelerator systems may be designed especially for radiotherapy in the field of medical technology.
  • Strahlenthe ⁇ rapiestrom is clear for example from US 4,870,287.
  • Such a radiation therapy system typically includes a source of particles ⁇ and an accelerator for producing a high energy particle beam.
  • the particle beam emerging from the accelerator, due to the geometry of the accelerator system, in a specific direction is directed to a region of a subject to be irradiated, for example a tumor, for therapeutic purposes.
  • the direction of the beam before the particle beam reaches the tissue to be treated varies chronologically continuously.
  • gantry which consists of a variety of beam deflecting, guiding and focusing magnet and is typically rotatable about the axis, which by the geometry of the accelerator system, the direction of the beam
  • a gantry is to be understood as meaning an arrangement of a plurality of beam guiding, deflecting and focusing magnets, which are arranged on a frame which is rotatably mounted about a specific predetermined axis emerging beam is deflected with the gantry described above so that it always runs at different angles of rotation of the same gantry through a fixed point in the so-called “iso-center”.
  • the radiation dose outside the so-called iso-center that is to say the area not to be irradiated, is distributed over as large a volume as possible.
  • the tissue lying outside the iso-center which is not to be irradiated for therapeutic purposes, can be spared.
  • a gantry described above contains, among other things, curved beam guiding and / or deflecting magnets.
  • deflection magnets which are suitable for use in a gantry, are known, for example, from WO 02/063638 A1 or WO 02/069350 A1.
  • the curved beam guiding and / or deflecting magnets which can be removed from the abovementioned documents are made with conductors normal conducting material, such as copper (Cu) formed.
  • the curved beam guidance and / or from ⁇ steering magnets typically additional field-guiding means for shaping magnetic or equipped.
  • the magnetic field guiding parts or yokes are made of ferromagnetic material such as iron.
  • the normal conducting magnet windings eg with water
  • the electric power consumption of a gantry with normal direct ⁇ the windings may typically be about 800 kW;
  • the gantry additionally has a considerable need for cooling water.
  • a gantry in which the magnet windings are made with superconductors is proposed in the non-prepublished DE application 10 2006 018 635.4.
  • the superconducting magnet windings In order to keep the superconducting magnet windings in their superconducting state, it is necessary to keep them at a temperature which is sufficiently low for superconductivity under each angle of rotation of the gantry. Only if the superconducting magnet windings can be kept at the necessary low temperature, can the beam guiding and / or deflecting magnets of the gantry provide the magnetic field necessary for the beam deflection.
  • the object of the present invention is to provide a beam guiding magnet for deflecting charged particles along a curved path and a cooling device associated therewith, which are configured in such a way that the superconducting magnet windings of the beam guiding magnet always remain at a rotation of the beam guiding magnet about an axis lying outside thereof can be kept at a low temperature necessary for the Supra ⁇ line.
  • the object of the invention is also to specify an irradiation system with such a beam guiding magnet.
  • Beam of electrically charged particles along a curved particle path are used, wherein the magnet is rotatable about an axis outside the magnet and free of ferromagnetic the beam guidance influencing material.
  • the beam guiding magnet should further comprise a system of at least four arcuate superconducting single coils extended in the guiding direction of the particle beam, which pairs are arranged mirror-inverted to a beam guidance plane predetermined by the curved particle path.
  • the beam guiding magnet should have a cooling device which contains at least one heat sink and at least one solid-state cryobus, the superconducting individual coils being thermally coupled via the solid-state cryobus to the at least one heat sink.
  • the beam-guiding magnet may additionally have the following features:
  • a mate rial ⁇ W / mK be provided at a temperature of 4.2 K greater than 100 with a thermal conductivity of.
  • the at least one solid-state cryobus copper or a copper alloy
  • copper or a copper alloy may be provided.
  • aluminum can furthermore be provided as the material for the at least one solid-state cryobus.
  • Aluminum, copper or copper alloys have a high thermal conductivity and reliably withstand mechanical loads during operation as well as during their processing.
  • the system of superconducting individual coils may comprise at least six curved, superconducting individual coils which are extended in the guiding direction of the particle beam and which are formed in pairs in mirror image to the beam guidance plane.
  • six instead of four individual coils the two additional cores a larger field homogeneity of the magnetic field can be achieved.
  • the six individual superconducting coils may be configured as follows: two saddle-shaped main coils may be in the beam guiding direction ⁇ elongated sides and frontally upturned end portions. Two at least largely flat banana-shaped secondary coils of the racetrack type can enclose an inner area, in each of which a largely flat banana-shaped curved additional coil of the racetrack type can be arranged.
  • the secondary coils may extend between the bent end portions of their respective associated main coil. Due to the aforementioned arrangement of the main and secondary coils, a compact design of the beam guiding magnet can be achieved.
  • the conductors of the superconducting individual coils may comprise metallic LTC superconductor material.
  • the Radiotem ⁇ temperature of the superconducting single coils of metallic LTC superconductor material may further be between 4 and 5 K.
  • Low-temperature superconducting material (LTC Supralei ⁇ termaterial), for example based on niobium-titanium, is technically mature and relatively easy to work.
  • the conductors of the individual coils may instead comprise metalloxy HTC superconductor material.
  • PCB preferably in tape form, which high-temperature Supralei ⁇ termaterial comprise (HTC superconductor material) may be compared with LTC superconductor material increased operating tempera tures ⁇ be used. These may in particular be between 10 K and 40 K, preferably between 20 K and 30 K.
  • HTC superconductor material Compared to the cooling technology for LTC superconductors, the technical complexity in the use of HTC superconductors is reduced.
  • HTC superconductor material has strong in the mentioned temperature range for the generation Magnetic fields on a sufficiently large critical Stromtragfä ⁇ ability.
  • the charged particle beam which is to be deflected may be a beam of C 6+ particles.
  • the weight and size reduction of a superconducting deflection magnet is particularly large.
  • the use of a position-independent cooling device is particularly effective in this case.
  • the beam guiding magnet can be designed such that a magnetic aperture field strength of at least 2 Tesla, preferably between 3 and 5 Tesla, is achieved. In the stated range of magnetic field strengths, the use of superconducting magnet windings is particularly advantageous, and consequently the use of a position-independent cooling device is particularly effective.
  • the heat sinks can be formed by thermal contact surfaces of cold heads.
  • a low-maintenance and position-independent implementation of the heat sinks can be specified.
  • the irradiation facility comprises a fixed irradiation source generating a beam of electrically charged particles.
  • the Be ⁇ radiation system further comprises a plurality of focusing magnets for focusing the particle beam and at least one beam guiding magnet, according to one of claims 1 to 12, for deflecting a particle beam.
  • Such Bestrah ⁇ treatment plant may be characterized in particular in that it comprises a gantry system which is rotatable about an axis which lies in the beam guidance plane.
  • the beam guiding magnets with superconducting windings which are equipped with the cooling device according to the invention, an irradiation system can be specified, the beam guiding magnets in addition to a smaller Frame size and a lower power consumption have a position independent cooling system.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a curved beam guiding magnet with a cooling device
  • FIG. 2 shows a cross section through the beam guiding magnet with a cooling device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a detailed view of a cross section of a jet guide magnet
  • Figure 4 shows a beam guiding magnet in a schematic perspective view
  • Figure 5 shows a schematic structure of a gantry system below
  • the 1 shows a beam guidance magnet 2 for deflecting ei ⁇ nes charged particle beam 101.
  • the beamline magnet 2 is located about an axis A, which magnet outside of the beam guidance 2, rotatably supported.
  • the particle beam 101 is deflected by an angle ⁇ , which is preferably between 30 ° and 90 °.
  • the particle beam 101 is a beam of electrically charged particles, in particular C 6+ ions.
  • the particle beam 101 is held or with the aid of magnetic forces within a correspondingly curved Strahlpen ⁇ approximately tube 102 out.
  • the curved path of the particle beam 101 defines a plane in which the axis se A, by which the magnet 2 is rotatably mounted, comes to rest.
  • the magnetic forces guiding the particle beam 101 are generated by means of superconducting magnet windings 103.
  • Known materials for such superconducting magnet windings are metallic LTC superconducting material such as niobium-titanium or also oxide HTC superconducting material such as YBaCuO.
  • LTC superconducting material operating temperatures of 4.2 K are generally envisaged.
  • HTC superconductor material can be used at higher operating temperatures of, for example, 10 to 40 K, preferably 20 to 30 K. In the pre ⁇ called temperatures, the HTC superconductor materials have the back to produce the required magnetic field intensities reaching high critical current densities.
  • the beam guiding magnet 2 may be provided with four or more superconducting magnet windings 103. Further details of this embodiment will be explained in connection with FIG.
  • the cooling of the superconducting magnet windings 103 takes place by means of at least one solid state cryobus 104.
  • a solid is to be understood in this context, which is preferably mechanical, but at least thermally least one heat source and min ⁇ least connecting a heat sink to each other without the use of liquid or gaseous media.
  • the task of a solid-state cryobus is to conduct a waste heat flow from a heat source to be cooled to a heat sink providing a cooling capacity.
  • the term of festival body cryobus in this context is not limited to the use of certain materials.
  • a solid state cryobus may be made of materials having good thermal conductivity, such as copper.
  • a solid-state cryobus may be a eintei- lig manufactured component or a composite of several Einzeltei ⁇ len component.
  • a solid-state cryobus can furthermore be made of a substantially solid and / or mechanically rigid material, for example of a copper block. Without limiting the concept of solid-state cryobus this may also preferably made of a flexible material, wel ⁇ ches not be solid, for example, is a bundle of copper filaments or strands made.
  • a beam guidance magnet 2 approximately, for example, the hard ⁇ -state cryobus 104 the thermal contact between the superconducting winding 103 (or a plurality of superconducting windings 103) with at least one cold head 105 ago.
  • the solid-state cryobus ⁇ 104 is located on one hand in good thermal contact with the superconducting winding 103 of the beam guiding magnet 2 and on the other hand also in good thermal contact with a second stage 106 of one or several ⁇ rer cold heads 105th
  • the solid-state cryobus 104 may further by means of a in
  • the thermal conductivity of the solid-state cryobus 104 may be preferably better than 100 prior ⁇ W / mK at a temperature of 4.2K.
  • the second stage 107 of one or more cold heads 105 may be connected to a cryoshield 109.
  • a further improvement of the thermal insulation of the superconducting magnet windings 103 can be achieved by the use of a so-called superinsulation, which however is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • Cryobus 104 and the radiation shield 109 are located in a common cryostat 108 which can simultaneously form the housing of the beam guiding magnet 2.
  • the housing or the cryostat 108 of the beam guiding magnet 2 can be evacuated for further thermal insulation.
  • the detailed design of the beam guiding magnet 2, in particular the arrangement of the superconducting magnet windings 103, is evident from the schematic cross-sectional drawing shown in FIG. According to a preferred embodiment, the cross section shown in Figure 2 may correspond to the indicated in Figure 1 section (II - II) by the beam guiding magnet 2.
  • a number of superconducting magnet windings 103 are arranged around a beam guidance tube 102, in which the particle beam 101 is guided.
  • the schematically illustrated superconducting magnet windings 103 are additionally provided with signs which indicate a current flow direction.
  • six superconducting magnet windings 103 may be used to generate a beam deflected magnetic field. Further details of the configuration of these six superconducting magnet windings 103 will be explained in connection with FIG.
  • the superconducting magnet windings 103 are connected via a cryobus 104 to the second stage 106 of a second stage cold head 105 connected.
  • the first stage of this cold head is designated 107.
  • the cryobus 104 advantageously does not form an electrically closed current path completely enclosing the jet tube 102.
  • electrically closed current paths can namely be avoided that in the solid state cryobus 104 with a change in the excitation currents of the superconducting magnet windings 103, a ring current is induced. Such induced ring current could possibly be annoying
  • FIG. 3 shows a detailed view of the cross section of the beam guiding magnet 2 shown in FIG. 2.
  • Figure 4 shows the already mentioned in connection with Figure 2 system of six superconducting magnet windings.
  • a charged particle beam 101 having a six-coil arrangement as shown in FIG. 4 may be deflected at an angle ⁇ .
  • the deflection angle ⁇ may preferably be between 30 ° and 90 °.
  • the curved path of the charged particles 101 defines a plane 405.
  • the system of six supralei ⁇ Tenden individual coils is a mirror image pairs to this plane 405 is formed.
  • the system of six superconducting individual coils comprises two saddle-shaped in the beam guide direction saddle-shaped, designated as the main coil 401 coils.
  • This main Spools 401 each have two curved laterally extending to the beam-guiding tube side parts, and in each case two end-side end portions 402.
  • the stirnseiti ⁇ gen end portions 402 are preferably each so bent up from the plane defined by the side portions of the main coil surface or cranked that they outwardly around each lead endeavour Vietnamesebo- genartig to the beam guiding tube.
  • Both the side parts of the main coils 401 do not need to run exactly in a curved surface (segment of a cylindrical surface), as well as the end-side end portions 402 may not be formed exactly semicircular arc.
  • each 90 ° adjacent sides lying in mutually parallel planes are two largely flat banana-shaped curved secondary coils
  • the secondary coils 403 each enclose a banana-shaped overall curved interior 406. This interior are further also banana-shaped curved so-called auxiliary coils
  • FIG. 4 The system shown in Figure 4 from six individual superconducting coils, according to a preferred embodiment of a solid-state cryobus 104 (not Darge ⁇ represents in Figure 4) for cooling the superconducting coils 401 equipped to 404th
  • the design of the solid-state cryobus is apparent from Figures 2 and 3, in which the main coils 401, secondary coils 403 and additional coils 404 corresponding cross-sections are provided with the respective corresponding reference numerals.
  • one or more beam guiding magnets are to be used in an irradiation facility.
  • Such irradiation Laid preferably has a gantry, which is shown schematically in Figure 5.
  • a pivoted gantry 50 has a not described in detail Strah ⁇ radiation source 501 for producing a beam of charged particles, for example C 6+ ions. These ions exit the source 501 in a direction that defines the location of an axis about which the gantry 50 is rotatably mounted.
  • the gantry rotation axis is designated A.
  • a gantry 50 can magnets 502 and 503, the emerging along the axis A from the radiation source 501 particle beam to be deflected in a region remote from the axle ⁇ 101 by means of, for example two 45 ° -Ablenk-.
  • the particle beam can 101 by means of a 90 ° deflection magnets 504, which speaks to the beam guiding magnet 2 according to the figures 1 to 4 corresponds, are steered in a direction perpendicular to the axis of rotation A from ⁇ .
  • the particle beam 101 in the so-called ISO center 505 preferably strikes a tissue to be irradiated, for example a tumor of a subject.
  • Diver active ⁇ Lich other combinations of deflection magnet such as also are of a 45 ° - 120 ° and a suitable magnets for a gantry - and a 135 ° or by two magnets 30 °.
  • a magnet system is indicated in Figure 5 by dashed lines, which would be obtained if one were to use instead of a system of superconducting magnet entspre ⁇ sponding normal conducting magnets with field-shaping iron yokes.
  • a magnet system with normal conducting magnet which field shaping iron yokes superconducting on ⁇ wise
  • a magnet system with superconducting magnet LAE ge in the conventional magnet system the ISO center 505 approximately 6 m further away from the ion source 501 than in a system with Magnet is the case.

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Abstract

Der Strahlführungsmagnet (2) zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen (101) ist um eine außerhalb des Magneten (2) gelegene Achse (A) drehbar und frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussendem Material. Der Strahlführungsmagnet (2) enthält ein System aus mindestens vier in Führungsrichtung des Teilchenstrahls (101) ausgedehnten gekrümmten supraleitenden Einzelspulen (103), die paarweise spiegelbildlich zu einer durch die gekrümmte Teilchenbahn vorgegebenen Strahlführungsebene angeordnet sind. Der Strahlführungsmagnet (2) enthält weiterhin eine Kühlvorrichtung mit mindestens einer Wärmesenke (105) und mindestens einen Festkörper-Kryobus (104), wobei die supraleitenden Ein- zelspulen (103) über den Festkörper-Kryobus (104) thermisch an die mindestens eine Wärmesenke (105) angekoppelt sind.

Description

Beschreibung
DREHBARER SUPRALEITENDER STRAHLFUHRUNGSMAGNET MIT FESTKÖRPER-KRYOBUS
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlführungsmagneten zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn, wobei der Magnet - um eine außerhalb des Magneten gelegene Achse drehbar ist, frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflussende Material ist, und
- ein System aus mindestens vier in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnten gekrümmten supraleitenden Einzelspulen enthält, die paarweise spiegelbildlich zu einer durch die gekrümmte Teilchenbahn vorgegebenen Strahlführungsebene angeordnet sind.
Ein solcher gekrümmter Strahlführungsmagnet ist in der nicht-vorveröffentlichten DE-Anmeldung 10 2006 018 635.4 vorgeschlagen .
Die Erfindung betrifft ferner eine Bestrahlungseinlage mit einem solchen gekrümmten Strahlführungsmagneten.
Leistungsstarke Magnete kommen als Strahlführungs-, Ablenk- und Fokussierungsmagnete verbreitet in Teilchenbeschleuniger¬ anlagen zum Einsatz. Teilchenbeschleunigeranlagen können insbesondere für die Strahlentherapie auf dem Gebiet der medizi- nischen Technik konzipiert sein. Eine derartige Strahlenthe¬ rapieanlage geht z.B. aus US 4,870,287 hervor. Eine solche Strahlentherapieanlage umfasst typischerweise eine Teilchen¬ quelle und einen Beschleuniger zur Erzeugung eines hochenergetischen Teilchenstrahls. Der aus dem Beschleuniger, bedingt durch die Geometrie der Beschleunigeranlage, in einer be¬ stimmten Richtung austretende Teilchenstrahl wird zu Therapiezwecken auf einen zu bestrahlenden Bereich eines Probanden, z.B. eine Geschwulst, gerichtet. Hierbei wird der aus der Beschleunigeranlage austretende Teilchenstrahl mit Hilfe von mehreren Ablenk-, Fokussierungs- und Führungsmagneten aus seiner ursprünglichen, durch die Geometrie der Beschleunigeranlage vorgegebenen Richtung, typischerweise unter einem Win- kel von 90°, auf den Probanden gerichtet. Um die Strahlendo¬ sis im umliegenden, nicht zu therapierenden Gewebe des Probanden möglichst gering zu halten, wird die Strahlrichtung, bevor der Teilchenstrahl das zu therapierende Gewebe erreicht, zeitlich fortlaufend variiert.
Zu diesem Zweck verfügen für die Strahlentherapie geeignete Beschleunigeranlagen über eine sogenannte „Gantry", welche aus einer Vielzahl von Strahlablenk-, Führungs- und Fokussie- rungsmagneten besteht und typischerweise um die Achse drehbar ist, welche durch die Geometrie der Beschleunigeranlage, die Richtung des Strahls geladener Teilchen, vorgegeben ist. Unter einer Gantry ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung von mehreren Strahlführungs-, Ablenk- und Fokussierungsmagne- ten zu verstehen, welche auf einem Gestell angeordnet sind, welches um eine bestimmte vorgegebene Achse drehbar gelagert ist. Der aus der Beschleunigeranlage austretende Strahl wird mit der zuvor beschriebenen Gantry derart abgelenkt, dass er beim Austritt aus der Gantry unter verschiedenen Drehwinkeln derselben stets durch einen festen Punkt im sogenannten „Iso- Zentrum" verläuft. Durch eine derartige Variation der Strahlrichtung wird die Strahlendosis außerhalb des sogenannten Iso-Zentrums, also des nicht zu bestrahlenden Bereichs, auf ein möglichst großes Volumen verteilt. Auf diese Weise kann das außerhalb des Iso-Zentrums liegende Gewebe, welches zu therapeutischen Zwecken nicht zu bestrahlen ist, geschont werden .
Eine zuvor beschriebene Gantry enthält unter anderem gekrümmte Strahlführungs- und/oder Ablenkmagnete. Solche Ablenkmag- nete, welche zur Verwendung in einer Gantry geeignet sind, sind z.B. aus WO 02/063638 Al oder WO 02/069350 Al bekannt. Die aus den vorgenannten Schriften entnehmbaren gekrümmten Strahlführungs- und/oder Ablenkmagnete sind mit Leitern aus normalleitendem Material, wie z.B. Kupfer (Cu), ausgebildet. Zur Formung des den Strahl geladener Teilchen ablenkenden Magnetfeldes sind die gekrümmten Strahlführungs- und/oder Ab¬ lenkmagnete typischerweise zusätzlich mit Mitteln zur Magnet- feldführung oder Formung ausgestattet. Zu diesem Zweck werden die magnetfeldführenden Teile oder Joche aus ferromagneti- schem Material wie z.B. Eisen ausgebildet. In Folge der mag¬ netischen Sättigung des Eisens ist das zur Strahlablenkung zur Verfügung stehende Magnetfeld auf einen Wert von maximal etwa 1,8 Tesla beschränkt. Diese physikalische Grenze führt zu einem vorbestimmten minimalen Ablenkradius für die geladenen Teilchen, welcher ferner von der Art derselben abhängig ist. Typischerweise liegen diese Ablenkradien bei den für die Strahlentherapie eingesetzten C6+-Ionen bei einigen Metern. Durch die Verwendung von Eisenjochen und weiteren ferromagne- tischen magnetfeldformenden Mitteln beträgt das Gewicht einer Gantry typischerweise etwa 100 t. Das Gestell der drehbar ge¬ lagerten Gantry muss infolge dieses hohen Gewichtes sehr sta¬ bil ausgeführt sein und gleichzeitig eine exakte reproduzier- bare Positionierung der Magnete erlauben, um eine exakte
Strahlführung zu gewährleisten. Ferner müssen die normalleitenden Magnetwicklungen, z.B. mit Wasser, gekühlt werden. Die elektrische Leistungsaufnahme einer Gantry mit normalleiten¬ den Wicklungen kann typischerweise bei etwa 800 kW liegen; die Gantry weist zusätzlich einen erheblichen Bedarf an Kühlwasser auf.
Eine Gantry, bei der die Magnetwicklungen mit Supraleitern ausgeführt sind, ist in der nicht-vorveröffentlichten DE- Anmeldung 10 2006 018 635.4 vorgeschlagen. Um die supraleitenden Magnetwicklungen in ihrem supraleitenden Zustand zu halten, ist es notwendig, diese unter jedem Drehwinkel der Gantry auf einer für die Supraleitung hinreichend tiefen Temperatur zu halten. Nur wenn die supraleitenden Magnetwicklun- gen auf der notwendigen tiefen Temperatur gehalten werden können, können die Strahlführungs- und/oder Ablenkmagnete der Gantry das für die Strahlablenkung notwendige magnetische Feld zur Verfügung stellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlführungsmagneten zur Ablenkung geladener Teilchen längs einer gekrümmten Bahn und eine diesem zugeordnete Kühlvorrichtung anzugeben, welche derart ausgestaltet sind, dass die supra¬ leitenden Magnetwicklungen des Strahlführungsmagneten auch bei einer Drehung des Strahlführungsmagneten um eine außerhalb desselben liegende Achse stets auf einer für die Supra¬ leitung notwendigen tiefen Temperatur gehalten werden können. Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Bestrahlungsanlage mit einem solchen Strahlführungsmagneten anzugeben.
Die sich auf den Strahlführungsmagneten beziehende Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dem- gemäß soll ein Strahlführungsmagnet zur Ablenkung eines
Strahls elektrisch geladener Teilchen längs einer gekrümmten Teilchenbahn dienen, wobei der Magnet um eine außerhalb des Magneten gelegene Achse drehbar und frei von ferromagneti- schem die Strahlführung beeinflussenden Material ist. Der Strahlführungsmagnet soll ferner ein System aus mindestens vier in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnten, gekrümmten, supraleitenden Einzelspulen enthalten, die paarweise spiegelbildlich zu einer durch die gekrümmte Teilchenbahn vorgegebenen Strahlführungsebene angeordnet sind. Wei- terhin soll der Strahlführungsmagnet eine Kühlvorrichtung aufweisen, welche mindestens eine Wärmesenke und mindestens einen Festkörper-Kryobus enthält, wobei die supraleitenden Einzelspulen über den Festkörper-Kryobus thermisch an die mindestens eine Wärmesenke angekoppelt sind.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind die folgenden Vorteile verbunden: Durch eine Ausführung der dem Strahlführungsmagnet zugeordneten Kühlvorrichtung mit Hilfe eines Festkörper-Kryobus kann eine einfache, lageunabhängig arbei- tende Kühlvorrichtung angegeben werden, welche eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Insbesondere vorteilhaft ist der Ver¬ zicht auf ein flüssiges oder gasförmiges zusätzliches Kälte- medium zu einer direkten Kühlung der supraleitenden Einzelspulen .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlfüh- rungsmagneten gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann der Strahlführungsmagnet zusätzlich noch fol- gende Merkmale aufweisen:
Für den mindestens einen Festkörper-Kryobus kann ein Mate¬ rial mit einer thermischen Wärmeleitfähigkeit von größer als 100 W/mK bei einer Temperatur von 4,2 K vorgesehen sein. Durch die Verwendung eines Materials mit der vorge- nannten Eigenschaft, hinsichtlich seiner thermischen Leitfähigkeit, kann vorteilhaft der zuverlässige Wärmeabtrans¬ port von den supraleitenden Einzelspulen zu einer Wärmesenke sichergestellt werden.
Als Material für den mindestens einen Festkörper-Kryobus kann Kupfer oder eine Kupferlegierung vorgesehen sein. Vorzugsweise kann als Material für den mindestens einen Festkörper-Kryobus weiterhin Aluminium vorgesehen sein. Aluminium, Kupfer bzw. Kupferlegierungen weisen eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und halten mechanischen Be- lastungen im Betrieb wie auch bei ihrer Verarbeitung zuverlässig stand. Vorteilhaft ergibt sich durch die Verwen¬ dung von Aluminium, Kupfer oder einer Kupferlegierung für den Festkörper-Kryobus ein zuverlässiger Wärmeabtransport von den supraleitenden Einzelspulen zu einer Wärmesenke bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit und einfacher Ver¬ arbeitung.
- Das System aus supraleitenden Einzelspulen kann mindestens sechs in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnte, gekrümmte, supraleitende Einzelspulen, welche paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene ausgebildet sind, umfassen. Durch die Verwendung von sechs anstatt vier Einzelspulen kann mittels der zwei zusätzlichen Kor- rekturspulen eine größere Feldhomogenität des magnetischen Feldes erreicht werden.
Die sechs supraleitenden Einzelspulen können wie folgt ausgestaltet sein: Zwei sattelförmige Hauptspulen können in Strahlführungs¬ richtung langgestreckte Seiten und stirnseitig aufgebogene Endteile aufweisen. Zwei zumindest weitgehend flache bana- nenförmig gekrümmte Nebenspulen vom Rennbahn-Typ können einen Innenbereich umschließen, in welchem jeweils eine weitgehend flache bananenförmig gekrümmte Zusatzspule vom Rennbahn-Typ angeordnet sein kann. Durch die vorbeschriebene Ausführung der sechs supraleitenden Einzelspulen kann eine optimierte Anordnung derselben erreicht werden. Vorteilhaft führt dies zu einer weiteren Verbesserung der Feldhomogenität.
- Die Nebenspulen können sich zwischen den aufgebogenen Endteilen ihrer jeweils zugeordneten Hauptspule erstrecken. Durch die vorgenannte Anordnung der Haupt- und Nebenspulen kann eine kompakte Bauform des Strahlführungsmagneten er- reicht werden.
Die Leiter der supraleitenden Einzelspulen können metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen. Die Betriebstem¬ peratur der supraleitenden Einzelspulen aus metallischem LTC-Supraleitermaterial kann weiterhin zwischen 4 und 5 K liegen. Tieftemperatursupraleitermaterial (LTC-Supralei¬ termaterial), z.B. auf Basis von Niob-Titan, ist technisch ausgereift und verhältnismäßig einfach zu verarbeiten.
- Die Leiter der Einzelspulen können stattdessen metalloxi- disches HTC-Supraleitermaterial aufweisen. Für Leiter, vorzugsweise in Bandform, welche Hochtemperatur-Supralei¬ termaterial (HTC-Supraleitermaterial) aufweisen, können gegenüber LTC-Supraleitermaterial erhöhte Betriebstempera¬ turen verwendet werden. Diese können insbesondere zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise zwischen 20 K und 30 K liegen. Gegenüber der Kühltechnik für LTC-Supraleiter ist der technische Aufwand bei der Verwendung von HTC-Supraleitern verringert. Zusätzlich weist HTC-Supraleitermaterial in dem genannten Temperaturbereich für die Erzeugung starker Magnetfelder eine hinreichend große kritische Stromtragfä¬ higkeit auf.
Der Strahl geladener Teilchen, welcher abzulenken ist, kann ein Strahl aus C6+-Teilchen sein. Bei Verwendung von den für die medizinische Therapie besonders wirkungsvollen C6+-Teilchen ist die Gewichts- und Größenreduzierung eines supraleitend ausgeführten Ablenkmagneten besonders groß. Der Einsatz einer lageunabhängig arbeitenden Kühlvorrichtung ist in diesem Fall besonders wirkungsvoll. - Der Strahlführungsmagnet kann derart ausgeführt sein, dass eine magnetische Aperturfeldstärke von mindestens 2 Tesla, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Tesla, erreicht wird. In dem genannten Bereich von Magnetfeldstärken ist der Einsatz von supraleitenden Magnetwicklungen besonders vorteilhaft, folglich ist der Einsatz einer lageunabhängig arbeitenden Kühlvorrichtung besonders effektiv.
Die Wärmesenken können durch thermische Kontaktflächen von Kaltköpfen gebildet werden. Vorteilhaft kann durch die Ausgestaltung der Wärmesenken mit Hilfe von Kaltköpfen ei- ne wartungsarme und lageunabhängig arbeitende Realisierung der Wärmesenken angegeben werden.
Die sich auf die Bestrahlungsanlage beziehende Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Demgemäß weist die Bestrahlungsanlage eine feststehende, einen Strahl elektrisch geladener Teilchen erzeugende Bestrahlungsquelle auf. Die Be¬ strahlungsanlage weist ferner mehrere Fokussierungsmagnete zur Fokussierung des Teilchenstrahls und mindestens einen Strahlführungsmagneten, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zur Ablenkung eines Teilchenstrahls auf. Eine solche Bestrah¬ lungsanlage kann insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass sie ein Gantry-System aufweist, welches um eine Achse drehbar ist, die in der Strahlführungsebene liegt. Durch die Verwendung von Strahlführungsmagneten mit supraleitenden Wicklungen, welche mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattet sind, kann eine Bestrahlungsanlage angegeben werden, deren Strahlführungsmagnete neben einer geringeren Baugröße und einem geringeren Leistungsbedarf ein lageunabhängig arbeitendes Kühlsystem aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlführungsmagneten und der erfindungsgemäßen Bestrahlungsanlage gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Un¬ teransprüchen sowie aus der Zeichnung hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert, aus der mehrere bevorzugte Aus¬ führungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Strahlführungsmag¬ neten und dessen Einsatzmöglichkeit in einer Bestrahlungsanlage ohne Einschränkung auf die konkret veranschaulichte Aus¬ führungsform veranschaulicht sind. Dabei zeigt deren Figur 1 einen Längsschnitt durch einen gekrümmten Strahlführungsmagnet mit einer Kühlvorrichtung, Figur 2 einen Querschnitt durch den Strahlführungsmagnet mit einer Kühlvorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3 eine Detailansicht eines Querschnitts eines Strahl- führungsmagneten,
Figur 4 einen Strahlführungsmagneten in schematischer Perspektivansicht, und Figur 5 einen schematischen Aufbau einer Gantry-Anlage unter
Verwendung mehrerer gekrümmter Strahlführungsmagne- te.
Figur 1 zeigt einen Strahlführungsmagnet 2 zur Ablenkung ei¬ nes Strahls geladener Teilchen 101. Der Strahlführungsmagnet 2 ist um eine Achse A, welche außerhalb des Strahlführungs- magneten 2 liegt, drehbar gelagert. Wie durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, wird der Teilchenstrahl 101 um einen Winkel α, der vorzugsweise zwischen 30° und 90° liegt, abgelenkt. Bei dem Teilchenstrahl 101 handelt es sich um einen Strahl elektrisch geladener Teilchen, insbesondere um C6+-Ionen. Der Teilchenstrahl 101 wird mit Hilfe magnetischer Kräfte innerhalb eines entsprechend gekrümmten Strahlfüh¬ rungsrohres 102 gehalten bzw. geführt. Die gekrümmte Bahn des Teilchenstrahls 101 definiert eine Ebene, in welcher die Ach- se A, um die der Magnet 2 drehbar gelagert ist, zu liegen kommt .
Die den Teilchenstrahl 101 führenden Magnetkräfte werden mit Hilfe supraleitender Magnetwicklungen 103 erzeugt. Bekannte Materialien für solche supraleitenden Magnetwicklungen sind metallisches LTC-Supraleitermaterial wie z.B. Niob-Titan oder auch oxidisches HTC-Supraleitermaterial wie z.B. YBaCuO. Für LTC-Supraleitermaterial sind im Allgemeinen Betriebstempera- turen von 4,2 K vorgesehen. HTC-Supraleitermaterial kann bei höheren Betriebstemperaturen von beispielsweise 10 bis 40 K, vorzugsweise von 20 bis 30 K verwendet werden. Bei den vorge¬ nannten Temperaturen weisen die HTC-Supraleitermaterialien die zur Erzeugung der erforderlichen Magnetfeldstärken hin- reichend hohen kritischen Stromdichten auf.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Strahlführungsmagnet 2 mit vier oder mehr supraleitenden Magnetwicklungen 103 ausgestattet sein. Weitere Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels werden im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert .
Um die supraleitenden Magnetwicklungen 103 auf einer für die Supraleitung notwendigen tiefen Temperatur zu halten, ist es erforderlich, den Strahlführungsmagnet 2 mit einer entspre¬ chenden Kühlvorrichtung auszustatten. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Kühlung der supraleitenden Magnetwicklungen 103 durch mindestens einen Festkörper- Kryobus 104.
Unter einem Festkörper-Kryobus ist in diesem Zusammenhang ein Festkörper zu verstehen, welcher vorzugsweise mechanisch, zumindest aber thermisch mindestens eine Wärmequelle und min¬ destens eine Wärmesenke ohne eine Verwendung von flüssigen oder gasförmigen Medien miteinander verbindet. Aufgabe eines Festkörper-Kryobus ist es, einen Abwärmestrom von einer zu kühlenden Wärmequelle zu einer eine Kühlleistung zur Verfügung stellenden Wärmesenke zu führen. Der Begriff des Fest- körper-Kryobus ist in diesem Zusammenhang nicht auf den Einsatz bestimmter Materialien beschränkt. Vorzugsweise kann ein Festkörper-Kryobus aus Materialien mit guter thermischer Leitfähigkeit wie z.B. Kupfer, hergestellt sein. Unter einem Festkörper-Kryobus ist sowohl die Verbindung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke, wie auch die Verbindung von mehreren Wärmequellen mit einer Wärmesenke oder der umgekehrte Fall die Verbindung einer Wärmequelle mit mehreren Wärme¬ senken, zu verstehen. Ein Festkörper-Kryobus kann ein eintei- lig gefertigtes Bauteil oder auch ein aus mehreren Einzeltei¬ len zusammengesetztes Bauteil sein. Ein Festkörper-Kryobus kann ferner aus einem im Wesentlichen massiven und/oder mechanisch starren Material z.B. aus einem Kupferblock gefertigt sein. Ohne Einschränkung des Begriffes Festkörper- Kryobus kann dieser ebenso aus einem flexiblen Material, wel¬ ches vorzugsweise nicht massiv ausgeführt, ist z.B. einem Bündel von Kupferfilamenten oder -litzen bestehen.
In Bezug auf das in Figur 1 dargestellte bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel eines Strahlführungsmagneten 2 stellt der Fest¬ körper-Kryobus 104 den thermischen Kontakt zwischen der supraleitenden Wicklung 103 (oder mehreren supraleitenden Wicklungen 103) mit mindestens einem Kaltkopf 105 her. Der Fest¬ körper-Kryobus 104 befindet sich einerseits in gutem thermi- schem Kontakt mit der supraleitenden Wicklung 103 des Strahlführungsmagneten 2 und andererseits ebenfalls in gutem thermischem Kontakt mit einer zweiten Stufe 106 eines oder mehre¬ rer Kaltköpfe 105.
Der Festkörper-Kryobus 104 kann weiterhin mittels einer in
Figur 1 nicht dargestellten, verhältnismäßig gut wärmeleitfä- higen Isolierung elektrisch von der supraleitenden Magnetwicklung 103 getrennt sein.
Die Wärmeleitfähigkeit des Festkörper-Kryobus 104 kann vor¬ zugsweise besser als 100 W/mK bei einer Temperatur von 4,2 K sein. Als Material für den Festkörper-Kryobus 104 ist bevor¬ zugt Kupfer oder eine Kupferlegierung zu verwenden. Zur thermischen Isolation der supraleitenden Wicklungen 103 kann die zweite Stufe 107 eines oder mehrerer Kaltköpfe 105 mit einem Kryoschild 109 verbunden sein. Eine weitere Verbes- serung der thermischen Isolation der supraleitenden Magnetwicklungen 103 kann durch die Verwendung einer sogenannten Superisolation erreicht werden, welche jedoch in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Die supraleitenden Magnetwicklungen 103, der Festkörper-
Kryobus 104 sowie der Strahlungsschild 109 befinden sich in einem gemeinsamen Kryostaten 108, welcher gleichzeitig das Gehäuse des Strahlführungsmagneten 2 bilden kann. Das Gehäuse bzw. der Kryostat 108 des Strahlführungsmagneten 2 kann zur weiteren thermischen Isolation evakuiert sein.
Die nähere Ausgestaltung des Strahlführungsmagneten 2, insbesondere die Anordnung der supraleitenden Magnetwicklungen 103, geht aus der in Figur 2 dargestellten schematischen Querschnittszeichnung hervor. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der in Figur 2 gezeigte Querschnitt dem in Figur 1 angedeuteten Schnitt (II - II) durch den Strahlführungsmagneten 2 entsprechen.
Wie aus Figur 2 ersichtlich sind um ein Strahlführungsrohr 102, in welchem der Teilchenstrahl 101 geführt wird, eine Zahl supraleitender Magnetwicklungen 103 angeordnet. Die schematisch dargestellten supraleitenden Magnetwicklungen 103 sind zusätzlich mit Vorzeichen, welche eine Stromflussrich- tung andeuten, versehen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können sechs supraleitende Magnetwicklungen 103 zur Generierung eines strahlabgelenkten Magnetfelds verwendet werden. Weitere Einzelheiten zur Ausgestaltung dieser sechs supraleitenden Magnetwicklungen 103 werden im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert.
Zu ihrer Kühlung sind die supraleitenden Magnetwicklungen 103 über einen Kryobus 104 mit der zweiten Stufe 106 eines zwei- stufigen Kaltkopfes 105 verbunden. Die erste Stufe dieses Kaltkopfes ist mit 107 bezeichnet. Der Kryobus 104 bildet im Querschnitt betrachtet vorteilhaft keinen das Strahlrohr 102 vollständig umschließenden, elektrisch geschlossenen Strom- pfad. Durch eine Vermeidung eines das Strahlrohr 102 vollständig umschließenden, elektrisch geschlossenen Strompfades kann nämlich vermieden werden, dass in dem Festkörper-Kryobus 104 bei einer Änderung der Erregerströme der supraleitenden Magnetwicklungen 103 ein Ringstrom induziert wird. Ein sol- eher induzierter Ringstrom hätte möglicherweise störenden
Einfluss auf die von den supraleitenden Magnetwicklungen 103 generierten Magnetfelder, welche zur Strahlführung dienen.
Zur Verbesserung der thermischen Ankopplung der supraleiten- den Magnetwicklungen 103 an den Festkörper-Kryobus 104 können zusätzlich, die supraleitenden Magnetwicklungen 103 umschließende Wärmeleitbleche 301, verwendet werden. Figur 3 zeigt eine Detailansicht des in Figur 2 dargestellten Querschnitts des Strahlführungsmagneten 2. Durch eine Anordnung von beson- deren Wärmeleitblechen 301, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, kann die durch den verzweigten Kryobus 104 in die einzelnen supraleitenden Wicklungen 103 eingebrachte Kälteleistung homogener verteilt werden.
Figur 4 zeigt das bereits im Zusammenhang mit Figur 2 erwähnte System aus sechs supraleitenden Magnetwicklungen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Strahl geladener Teilchen 101 mit einer Anordnung aus sechs Einzelspulen, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, um einen Winkel α abgelenkt werden. Der Ablenkwinkel α kann vorzugsweise zwischen 30° und 90° betragen. Die gekrümmte Bahn der geladenen Teilchen 101 definiert eine Ebene 405. Das System aus sechs supralei¬ tenden Einzelspulen ist paarweise spiegelbildlich zu dieser Ebene 405 ausgebildet.
Das System aus sechs supraleitenden Einzelspulen umfasst zwei in Strahlführungsrichtung lang gestreckte sattelförmig ausgebildete, als Hauptspule 401 bezeichnete Spulen. Diese Haupt- spulen 401 weisen je zwei gekrümmte seitlich zu dem Strahlführungsrohr verlaufende Seitenteile, sowie jeweils zwei stirnseitige Endteile 402 auf. Bevorzugt sind die stirnseiti¬ gen Endteile 402 jeweils so aus der durch die Seitenteile der Hauptspule aufgespannten Fläche aufgebogen bzw. gekröpft, dass sie außen um das Strahlführungsrohr jeweils halbkreisbo- genartig herumführen. Sowohl die Seitenteile der Hauptspulen 401 brauchen nicht exakt in einer gekrümmten Fläche (Segment einer Zylindermantelfläche) zu verlaufen, als auch müssen die stirnseitigen Endteile 402 nicht exakt halbkreisbogenförmig ausgebildet sein.
An den den Flachseiten der Hauptspulen jeweils um 90° benachbarten Seiten sind in zueinander parallelen Ebenen liegend zwei weitgehend flache bananenförmig gekrümmte Nebenspulen
403 angeordnet. Diese Spulen sind als gekrümmte Rennbahnspu¬ len ausgestaltet und erstrecken sich vorzugsweise zwischen den stirnseitigen Endteilen 402 der Hauptspulen 401. Die Nebenspulen 403 umschließen jeweils einen bananenförmig ge- krümmten Innenbereich 406. In diesem Innenbereich sind weitere ebenfalls bananenförmig gekrümmte so genannte Zusatzspulen
404 angeordnet. Weitere Details zu dem System aus sechs sup¬ raleitenden Einzelspulen gehen aus der nicht-vorveröffentlichten DE-Anmeldung 10 2006 018 635.4 hervor.
Das in Figur 4 dargestellte System aus sechs supraleitenden Einzelspulen kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem Festkörper-Kryobus 104 (in Figur 4 nicht darge¬ stellt) zur Kühlung der supraleitenden Spulen 401 bis 404 ausgestattet werden. Die Ausgestaltung des Festkörper-Kryobus geht aus den Figuren 2 und 3 hervor, in denen die den Hauptspulen 401, Nebenspulen 403 und Zusatzspulen 404 entsprechende Querschnitte mit den jeweils entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
Erfindungsgemäß sind eine oder mehrere Strahlführungsmagnete gemäß einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele in einer Bestrahlungsanlage zu verwenden. Eine solche Bestrahlungsan- läge weist vorzugsweise eine Gantry auf, welche schematisch in Figur 5 dargestellt ist. Eine derartige drehbar gelagerte Gantry 50 verfügt über eine nicht näher ausgeführte Strah¬ lungsquelle 501 zur Erzeugung eines Strahls von geladenen Teilchen, z.B. C6+-Ionen. Diese Ionen treten aus der Quelle 501 in einer Richtung aus, welche die Lage einer Achse, um welche die Gantry 50 drehbar gelagert ist, festlegt. In Figur 5 ist die Gantry-Rotationsachse mit A bezeichnet. In einer solchen Gantry 50 kann mit Hilfe von z.B. zwei 45°-Ablenk- magneten 502 und 503 der entlang der Achse A aus der Strahlungsquelle 501 austretende Teilchenstrahl 101 in einen achs¬ fernen Bereich abgelenkt werden. Von dort aus kann der Teilchenstrahl 101 mittels eines 90 ° -Ablenkmagneten 504, der dem Strahlführungsmagneten 2 gemäß den Figuren 1 bis 4 ent- spricht, in eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse A ab¬ gelenkt werden. Dort trifft der Teilchenstrahl 101 im sogenannten ISO-Zentrum 505 vorzugsweise auf ein zu bestrahlendes Gewebe, z.B. eine Geschwulst eines Probanden. Selbstverständ¬ lich sind auch andere Kombinationen von Ablenkmagneten wie z.B. von einem 45°- und einem 135° -Magneten oder von zwei 30°- und einem 120 ° -Magneten für eine Gantry geeignet.
Zu Vergleichszwecken ist in Figur 5 durch gestrichelte Linien ein Magnetsystem angedeutet, das sich ergeben würde, wenn man anstatt eines Systems aus supraleitenden Magneten entspre¬ chende normalleitende Magnete mit feldformenden Eisenjochen verwenden würde. Im Vergleich zwischen einem Magnetsystem mit normalleitenden Magneten, welche feldformende Eisenjoche auf¬ weisen und einem Magnetsystem mit supraleitenden Magneten lä- ge bei dem konventionellen Magnetsystem das ISO-Zentrum 505 ca. 6 m weiter entfernt von der Ionenquelle 501 als dies bei einem System mit supraleitenden Magneten der Fall ist.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlführungsmagnet (2) zur Ablenkung eines Strahls elektrisch geladener Teilchen (101) längs einer gekrümmten Teilchenbahn, wobei der Magnet (2) a) um eine außerhalb des Magneten (2) gelegene Achse (A) drehbar ist, b) frei von ferromagnetischem, die Strahlführung beeinflus¬ sendem Material ist, c) ein System aus mindestens vier in Führungsrichtung des
Teilchenstrahls (101) ausgedehnten gekrümmten supraleiten¬ den Einzelspulen enthält, die paarweise spiegelbildlich zu einer durch die gekrümmte Teilchenbahn vorgegebenen Strahlführungsebene (405) angeordnet sind, und d) eine Kühlvorrichtung mit mindestens einer Wärmesenke (405) und mindestens einem Festkörper-Kryobus (104) aufweist, wobei die supraleitenden Einzelspulen (103) über den min¬ destens einen Festkörper-Kryobus (104) thermisch an die mindestens eine Wärmesenke (105) angekoppelt sind.
2. Strahlführungsmagnet (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass für den mindestens einen Festkörper-Kryobus (104) ein Material mit einer thermischen Wärmeleitfähigkeit von größer als 100 W/mK bei einer Temperatur von 4,2 K vorge¬ sehen ist.
3. Strahlführungsmagnet (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass als Material für den mindestens einen Festkör- per-Kryobus (104) Aluminium, Kupfer oder eine Kupferlegierung vorgesehen ist.
4. Strahlführungsmagnet (2) gemäß einem der vorstehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System aus supra- leitenden Einzelspulen mindestens sechs in Führungsrichtung des Teilchenstrahls ausgedehnte gekrümmte supraleitende Ein¬ zelspulen umfasst, die paarweise spiegelbildlich zu der Strahlführungsebene (405) ausgebildet und angeordnet sind.
5. Strahlführungsmagnet (2) gemäß Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Spulensystem aus den mindestens sechs sup¬ raleitenden Einzelspulen umfasst: a. zwei sattelförmige Hauptspulen (401) mit in Strahlfüh¬ rungsrichtung lang gestreckten Seitenteilen und stirnseitig aufgebogenen Endteilen (402), b. zwei zumindest weitgehend flache, bananenförmig gekrümmte Nebenspulen (403) vom Rennbahntyp, die jeweils einen In- nenbereich (406) umschließen, und c. zwei zumindest weitgehend flache, jeweils in dem Innenbe¬ reich (406) der jeweiligen Nebenspule (403) angeordnete, bananenförmig gekrümmte Zusatzspulen (404) vom Rennbahntyp.
6. Strahlführungsmagnet (2) gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass sich die Nebenspulen (403) zwischen den aufge¬ bogenen Endteilen (402) ihrer jeweils zugeordneten Hauptspule
(401) erstrecken.
7. Strahlführungsmagnet (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der supra¬ leitenden Einzelspulen metallisches LTC-Supraleitermaterial aufweisen .
8. Strahlführungsmagnet (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Einzelspulen metalloxidisches HTC-Supraleitermaterial aufweisen.
9. Strahlführungsmagnet (2) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur der Leiter der Einzelspulen zwischen 4 und 5 K.
10. Strahlführungsmagnet (2) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur der Leiter der Einzelspulen zwischen 10 K und 40 K, vorzugsweise zwischen 20 K und 30 K.
11. Strahlführungsmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl von C6+- Teilchen abzulenken ist.
12. Strahlführungsmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine magnetische Apertur¬ feldstärke von mindestens 2 Tesla, vorzugsweise zwischen 3 und 5 Tesla.
13. Strahlführungsmagnet (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenken durch thermische Kontaktflächen von Kaltköpfen (105) gebildet sind.
14. Bestrahlungsanlage (50) mit einer feststehenden, einen Strahl elektrisch geladener Teilchen (101) erzeugenden Bestrahlungsquelle (501), mit mehreren Fokussierungsmagneten zur Fokussierung des Teilchenstrahls (101) und mit mindestens einem Strahlführungsmagneten (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Ablenkung des Teilchenstrahls.
15. Bestrahlungsanlage (50) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Gantry-System mit einer Drehbarkeit der Magnete bzgl. einer Gantry-Rotationsachse (A), die in der Strahlführungsebene (405) liegt.
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