EP2591643A1 - Cyclotron comprenant un moyen de modification du profil de champ magnétique et procédé associé - Google Patents

Cyclotron comprenant un moyen de modification du profil de champ magnétique et procédé associé

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EP2591643A1
EP2591643A1 EP11729981.8A EP11729981A EP2591643A1 EP 2591643 A1 EP2591643 A1 EP 2591643A1 EP 11729981 A EP11729981 A EP 11729981A EP 2591643 A1 EP2591643 A1 EP 2591643A1
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EP
European Patent Office
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mass
ratio
cyclotron
magnetic field
charge
Prior art date
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Application number
EP11729981.8A
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EP2591643B1 (fr
Inventor
Willem Kleeven
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Ion Beam Applications SA
Original Assignee
Ion Beam Applications SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof

Definitions

  • the present invention relates to a cyclotron and a method for modifying the magnetic field profile in the cyclotron according to the "mass-to-mass" ratio of a particle to accelerate.
  • Cyclotrons are circular accelerators for accelerating charged particles such as positive ions (protons, deuterons, helions, alpha particles, etc.) or negative ions (H-, D-, etc.), which are used inter alia for the production of radioactive isotopes, for radiotherapy, or for experimental purposes.
  • An isochronous cyclotron generally comprises:
  • an electromagnet comprising an upper pole and a lower pole, arranged symmetrically with respect to a median plane, perpendicular to the central axis of the cyclotron, and separated by an air gap provided for the circulation of the charged particles, each of said poles comprising several areas arranged so as to have an alternation of narrow-gap areas commonly referred to as “hills” and wide-gap areas commonly referred to as “valleys";
  • B (R) is the average magnetic field around a circle of radius R;
  • BO the magnetic field in the center of the cyclotron
  • q the charge of the particle
  • mi will be considered in first approximation as the mass of the particle m given by the product of the mass number A by the mass of the nucleons m N.
  • the sectors are machined so as to accelerate a type of particle ratio "charge on mass" q / m very precise.
  • FIG. 1 shows the average magnetic field profiles ⁇ B> as a function of the average radius ⁇ R> of the particle in the cyclotron for the acceleration of particles of ratio q / m equal to 1 and particles of "charge on mass" ratio »Q / m equal to 1 ⁇ 2.
  • a mechanical means supports ferromagnetic plates which extend, in two opposite valleys, from an area near the center of the cyclotron to the periphery of the cyclotron.
  • said mechanical means positions said ferromagnetic plates near the median plane of the cyclotron to provide an additional field to obtain the required isochronous magnetic field profile.
  • said ferromagnetic plates are distant from the median plane so as to reduce or eliminate the intensity of the additional magnetic field and to obtain the field profile Isochronous magnet required for acceleration of deuterons.
  • the profile of the average magnetic field as a function of the average radius varies by increasing by about 1% by "step" of 10 MeV.
  • the profile of the average magnetic field as a function of the average radius increases by about 0.5% in steps of 10 MeV for the case of deuterons.
  • the variation of the average magnetic field from the center of the cyclotron to the end of the poles is 1% for the proton and 0.25% for the deuteron.
  • said ferromagnetic plates as employed in Cyclone 18/9 and Cyclone 30/15 are sufficient to produce the additional magnetic field necessary for proton acceleration.
  • the variation in the average magnetic field profile from the center of the cyclotron to the end of the poles should be about 7% for the first time.
  • This document explains the different solutions that have been envisaged in order to obtain a cyclotron that can operate according to two different isochronous magnetic fields so as to accelerate a type of particles of desired q / m ratio.
  • This cyclotron C70 comprises hills divided into three superimposed parts and parallel to the median plane:
  • the object of the present invention is to provide a cyclotron capable of accelerating different types of "charge on mass" ratios q / m, not having the disadvantages of the prior art.
  • Another object of the present invention is to provide a cyclotron a magnetic field profile correction means according to the q / m ratio of the type particles to accelerate, said means allowing a simpler embodiment than the means of the prior art.
  • Another object of the present invention is to provide a cyclotron a magnetic field profile correction means in the q / m ratio of the type of particles to accelerate, said means being able to produce enough additional magnetic field in the case cyclotrons of medium to high energy.
  • Another object of the present invention is to provide a cyclotron a magnetic field profile correction means not disturbing the internal vacuum of the cyclotron.
  • the present invention relates to a cyclotron capable of producing a first accelerated charged particle beam defined by a first "charge on mass” ratio (q / m) or a second accelerated charged particle beam defined by a second ratio " mass load "(q / m)” less than said first "mass load” ratio (q / m), said cyclotron comprising:
  • an electromagnet comprising two poles, preferably an upper pole and a lower pole, arranged symmetrically with respect to a median plane perpendicular to the central axis of the cyclotron and separated by an air gap provided for the circulation of charged particles, each of said poles comprising a plurality of sectors arranged so as to have alternating zones with a narrow gap called "Hills” and wide gap areas called “valleys";
  • means for modifying the magnetic field profile according to the "mass-to-mass" ratio of the particles to be accelerated comprising a ferromagnetic part present in one of said valleys and extending radially from a region close to the center towards the periphery of the cyclotron, said part ferromagnetic circuit forming a magnetic circuit with the bottom of said valley, so as to create an additional magnetic field sufficiently large for particle acceleration of said first beam having said first load to mass ratio (q / m); characterized by :
  • a secondary induction coil arranged around said ferromagnetic part so as to be able to induce a magnetic field opposing the magnetic field induced in said ferromagnetic part by said main induction coil and to reduce the additional magnetic field contribution provided by said piece ferromagnetic material for accelerating particles of said second beam having said second mass to mass ratio (q / m).
  • the secondary induction coil is disposed around said ferromagnetic part parallel to said main induction coil.
  • said ferromagnetic part comprises: a first portion, extending from the center to the periphery of said cyclotron, forming an air gap, and; a second part comprising a pillar made of a ferromagnetic material supporting said first part.
  • said secondary induction coil surrounds said pillar.
  • the cyclotron comprises means for modifying the magnetic field profile located in two opposite valleys.
  • the cyclotron is characterized by:
  • a mechanical device for moving said ferromagnetic part away from the median plane when it is desired to accelerate particles having the second "mass-to-mass” ratio (q / m) or to bring said ferromagnetic part closer to the median plane when it is desired accelerate particles having the first "charge to mass” ratio (q / m).
  • the present invention relates to a method for producing an accelerated charged particle beam and characterized in that:
  • the intensity of current in said secondary induction coil is adjusted or adjusted according to the report "charge on mass” particles to accelerate.
  • the method is characterized in that:
  • the method is characterized in that:
  • a current is applied in said secondary induction coil so as to induce a magnetic field opposed to said main induction field if one passes from the acceleration of a first particle beam having the first ratio "charge on mass "(q / m) at the acceleration of a second particle beam having the second" mass-to-mass "ratio (q / m).
  • the method is characterized in that:
  • the closure of the passage of the current in the secondary induction coil is provided if the acceleration of a second particle beam is switched having the second "mass-to-mass" (q / m) ratio to the acceleration of a first particle beam having the "mass-to-mass” ratio (q / m).
  • the method is characterized in that a particle beam is accelerated on a target comprising a radioisotope precursor.
  • the present invention also relates to a use of a cyclotron as described above or the method as described above for the production of radioisotopes.
  • FIG. 1 represents the profile of the average magnetic field ⁇ B> to be applied in an isochronous cyclotron as a function of the average radius ⁇ R> of the particle, for the acceleration of protons and deuterons.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view along a plane perpendicular to the median plane of a cyclotron according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view along the median plane of a cyclotron according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view along a plane perpendicular to the median plane of a cyclotron according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 represents a three-dimensional view of a portion of a cyclotron according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows a schematic sectional view along a plane perpendicular to the median plane of a cyclotron according to a third embodiment of the present invention.
  • the device of the present invention is a cyclotron capable of producing a beam of accelerated charged particles defined by a "mass-to-mass” ratio (q / m) or an accelerated particle beam defined by a “mass-to-mass” ratio. (q / m) 'lower than said ratio "load on mass” (q / m). Said cyclotron is able to accelerate particles with a "mass-to-mass" ratio (q / m), for example equal to 1, such as protons, or particles of ratio (q / m), equal to 1 ⁇ 2, such as particles.
  • Said cyclotron according to the present invention is represented in FIGS. 2 to 6.
  • Said cyclotron comprises a magnetic circuit comprising:
  • an electromagnet comprising two poles, an upper pole and a lower pole, said poles being arranged symmetrically with respect to a median plane 13 perpendicular to the central axis 12 of the cyclotron, and separated by an air gap 14 provided for particle circulation charged, each of said poles comprising several sectors arranged so as to have alternating zones with narrow air gap called “hills” 5 and wide air gap areas called “valleys”4; flux returns 7 for closing said magnetic circuit;
  • a main induction coil 6 for creating a substantially constant main induction field in the gap 14 between said poles and;
  • Said cyclotron is characterized in that said means for modifying the magnetic field profile comprises:
  • a ferromagnetic part 2 generally made of soft iron, present in one of said valleys 4 and extending from a region close to the center towards the periphery of the cyclotron, said ferromagnetic part 2 forming a magnetic circuit with the bottom of said valley, of to create an additional magnetic field large enough for the acceleration of particles "mass-to-mass" ratio (q / m);
  • said ferromagnetic part 2 may take different forms as long as part or all of it extends from the center to the periphery of the cyclotron.
  • said ferromagnetic part 2 can comprise:
  • a first portion extending from the center to the periphery of the cyclotron forming an air gap and; a second part comprising a ferromagnetic pillar 3, connected to the flux returns 7 and supporting said first part.
  • Said cyclotron may comprise for example two magnetic field profile modification means located in opposite valleys 4. Two other opposite valleys include acceleration electrodes commonly referred to as “dice” (not shown).
  • said cyclotron may comprise four hills 5, each of these hills 5 being separated from each other by valleys 4.
  • the sectors of the cyclotron are arranged in a symmetrical manner. order 4, with two opposite valleys 4 comprising said means for modifying the magnetic field and two other valleys comprising the dice.
  • said means making it possible to reduce the contribution of the additional magnetic field comprises:
  • said means making it possible to reduce the contribution of the additional magnetic field comprises a secondary induction coil 1 arranged around said ferromagnetic part 2 in parallel manner with said coil. main induction 6. Said secondary induction coil 1 is connected to a power supply device 11 for passing a counter current inducing a magnetic field opposing the magnetic field induced in said ferromagnetic part by said main induction coil 6.
  • said ferromagnetic part 2 comprises:
  • a second part comprising a ferromagnetic pillar 3, connected to the flux returns 7 and supporting said first part,
  • said secondary induction coil 1 surrounding said pillar 3 and is arranged parallel to said main induction coil 6.
  • the secondary induction coil 1 may be surrounded by a cooling element
  • the cyclotron according to the present invention comprises:
  • a second part comprising a pillar made of a ferromagnetic material supporting said first part.
  • the cyclotron according to the present invention comprises means for correcting the magnetic field profile located in two opposite valleys.
  • said means for reducing the additional magnetic field contribution provided by said ferromagnetic part comprises:
  • a mechanical device for moving said ferromagnetic part away from the median plane when it is desired to accelerate particles having the second "mass-to-mass” ratio (q / m) or to bring said ferromagnetic part closer to the median plane when one wish to accelerate particles having the first "charge on mass” ratio (q / m).
  • said means for reducing the additional magnetic field contribution provided by said ferromagnetic part comprises:
  • a secondary induction coil disposed around said ferromagnetic part parallel to said main induction coil and connected to a power supply means for passing a current inducing a magnetic field opposing the magnetic field induced in said ferromagnetic part by said main coil.
  • said secondary induction coil surrounds said pillar.
  • the present invention also relates to a method for correcting the magnetic field profile in a cyclotron capable of producing a first accelerated charged particle beam defined by a first "charge on mass” ratio (q / m) or a second accelerated charged particle beam defined by a second "mass-to-mass” ratio (q / m) lower than said first "mass-to-mass” ratio (q / m), said cyclotron comprising a magnetic circuit comprising:
  • an electromagnet comprising two poles, an upper pole and a lower pole, said poles being arranged symmetrically with respect to a median plane perpendicular to the central axis of the cyclotron, and separated by an air gap provided for the circulation of the charged particles, each said poles comprising a plurality of sectors arranged so as to have an alternation of narrow-gap zones called “hills” and wide-gap zones called “valleys", so as to ensure a refocusing of said beam in the median plane;
  • a main induction coil for creating a substantially constant main induction field in the gap between said poles; a means for correcting the magnetic field profile according to the q / m ratio of the type of particle to be accelerated, characterized in that a magnetic field profile correction means is provided comprising:
  • a ferromagnetic part comprised in one of said valleys and extending radially from a region close to the center towards the periphery of the cyclotron, said ferromagnetic piece forming a magnetic circuit with the bottom of said valley, so as to create an additional magnetic field sufficiently important for particle acceleration of the first beam having the first "charge to mass” ratio (q / m);
  • said ferromagnetic part comprises:
  • a second part comprising a pillar made of a ferromagnetic material and supporting said first part.
  • said means for reducing the additional magnetic field contribution provided by said ferromagnetic part comprises:
  • a secondary induction coil disposed around said ferromagnetic part in parallel to said main induction coil and connected to an electrical supply means making it possible to pass a current inducing a magnetic field opposing the magnetic field induced in said said ferromagnetic part by said main coil.
  • one adjusts or adjusts the current intensity in said secondary induction coil according to the ratio "charge on mass” of the particle to accelerate.
  • the method according to the invention comprises the step of producing a first accelerated particle beam defined by a first "charge on mass” ratio (q / m) by means of said cyclotron, without applying current in said secondary induction coil, or producing a second particle beam defined by a second "charge-to-mass” ratio (q / m) by said cyclotron by applying a current in said secondary induction coil in order to induce a magnetic field opposing said main induction field, the first ratio "load on mass” (q / m) being greater than the second ratio "load on mass” (q / m) '.
  • the method according to the invention comprises the step of applying a current in said secondary induction coil so as to induce a magnetic field opposing said main induction field if one passes the acceleration of a first particle beam having the first "mass-to-mass" ratio (q / m) to the acceleration of a second particle beam having the second "mass-to-mass” ratio (q / m) ', or closing the passage of the current in said secondary induction coil if one passes from the acceleration of a second particle beam having the second ratio "charge on mass" (q / m)' to the acceleration a first particle beam having the ratio "charge on mass” (q / m).
  • a particle beam is accelerated on a target comprising a radioisotope precursor.
  • the present invention also relates to the use of said method or cyclotron for the production of radioisotope.
  • the magnetic field profile must be modified so as to obtain a profile of field isochronous magnetic as shown in Figure 1. It must therefore reduce the additional magnetic field provided by said ferromagnetic part 2. This can be done by applying in said secondary induction coil 1 a counter current creating a magnetic field opposing to the main magnetic field induced by said main induction coil 6, so as to obtain the isochronous magnetic field necessary for the acceleration of deuterons or particles "mass to mass ratio" equal to 1 ⁇ 2.
  • These "mass load” ratios of 1 and 1 ⁇ 2 are not a limitation of the present invention and other "mass-to-mass" ratios can be considered.
  • the present invention avoids resorting to a complex winding and machining system at the sector level.
  • the second and third embodiments of the present invention make it possible to avoid the use of a mobile system to pass from an isochronous magnetic field necessary for the acceleration of one type of ratio report "charge on mass" q / m to another.
  • Another substantial advantage of the second and third embodiments of the present invention is that in the case of rough poles machining, it is always possible to correct the magnetic field by varying the current in the secondary induction coil 1 so as to obtain the desired isochronous magnetic field with good accuracy.
  • the present invention can be used to accelerate q / m ratio particles on a target for the production of radioisotopes.
  • said cyclotron in a first use, can be used to accelerate particles of "charge to mass" ratio q / m equal to 1, such as for example protons on a target comprising a radioisotope precursor.
  • the magnetic field in said cyclotron can be modified so as to accelerate particles of ratio "charge on mass" (q / m) equal to 1 ⁇ 2, such as for example deuterons, on a target comprising a precursor radioisotope.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m), ledit cyclotron comprenant : un électroaimant comprenant deux pôles, de préférence un pôle supérieur et un pôle inférieur, disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » et de zones à entrefer large appelées « vallées »; une bobine d' induction principale pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles et un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport « charge sur masse » des particules à accélérer comprenant une pièce ferromagnétique présente dans une desdites vallées et s' étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de façon à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules dudit premier faisceau ayant ledit premier rapport charge sur masse (q/m); caractérisé par : une bobine d' induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de façon à pouvoir induire un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine d' induction principale et diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fournie par ladite pièce ferromagnétique pour l'accélération de particules dudit deuxième faisceau ayant ledit deuxième rapport charge sur masse (q/m) '.

Description

CYCLOTRON COMPRENANT UN MOYEN DE MODIFICATION
DU PROFIL DE CHAMP MAGNÉTIQUE ET PROCÉDÉ ASSOCIÉ
OBJET DE L'INVENTION
[0001] La présente invention se rapporte à un cyclotron et à un procédé de modification du profil de champ magnétique dans le cyclotron en fonction du rapport « charge sur masse » d'une particule à accélérer .
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Les cyclotrons sont des accélérateurs circulaires permettant d'accélérer des particules chargées telles que des ions positifs (protons, deutons, hélions, particules alpha, etc.) ou des ions négatifs (H-, D-, etc.), qui sont utilisées entre autres pour la production d'isotopes radioactifs, pour la radiothérapie, ou à des fins expérimentales. Un cyclotron de type isochrone comprend généralement :
un électroaimant comprenant un pôle supérieur et un pôle inférieur, disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian, perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun des dits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit couramment appelées « collines » et de zones à entrefer large couramment appelées « vallées » ;
des retours de flux pour fermer ledit circuit magnétique ; une bobine d' induction principale pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles.
[0003] Un exemple de cyclotron de type isochrone est décrit dans le document BE1009669. Dans un cyclotron isochrone, le profil du champ magnétique doit être tel que la fréquence de rotation des particules soit constante et indépendante de leur énergie. Pour compenser l'accroissement de masse relativiste des particules le champ magnétique moyen doit augmenter avec le rayon pour assurer cette condition d' isochronisme . Pour décrire cette relation, on définit l'indice de champ par la relation suivante (1) :
R dB
n = 1)
B dR
où dB/B et dR/R sont respectivement les variations relatives du champ magnétique B et du rayon au rayon R. L'augmentation de l'intensité du champ magnétique s'effectue suivant une loi donnée par l'équation (2) :
B(R) = Β0/1 - (qB0R/miC)2 (2)
où
B (R) est le champ magnétique moyen autour d'un cercle de rayon R ;
BO, le champ magnétique au centre du cyclotron ; q, la charge de la particule ;
mi , la masse au repos ;
et c, la vitesse de la lumière.
Dans la suite du texte, mi sera considérée en première approximation comme la masse de la particule m donnée par le produit du nombre de masse A par la masse des nucléons mN. [0004] Dans certains cyclotrons isochrones, les secteurs sont usinés de manière à accélérer un type de particule de rapport « charge sur masse » q/m bien précis. Par exemple un cyclotron dont les secteurs sont usinés pour accélérer des particules de rapport « charge sur masse » q/m = ½ peut accélérer des particules alpha, des deutons D~, des HH+, 6Li3+, 10B5+ OU 12C6+ ou d'autres particules du même rapport q/m = ½. L'accélération d'un autre type de particules de rapport q/m = 1 requiert l'usage d'un autre cyclotron dont les secteurs sont usinés pour l'accélération de ce type de particules .
[0005] Il est néanmoins possible dans un cyclotron isochrone de passer d'un premier profil de champ magnétique permettant d' accélérer un premier type de particules à un deuxième profil de champ magnétique pour accélérer un deuxième type de particules, où grâce à des bobines annulaires concentriques de correction de champ magnétique disposées à la surface des pôles selon une répartition bien précise, chacune desdites bobines concentriques étant reliée à un générateur de courant spécifique afin d' induire le champ magnétique additionnel nécessaire. Un exemple d'un tel dispositif sont décrits dans le document US 3,789,355. Néanmoins, le nombre de bobines chacune reliée à un générateur de courant spécifique, la répartition de ces bobines et le courant à appliquer dans chaque bobine pour obtenir le champ magnétique désiré compliquent la réalisation et l'utilisation de ce genre de cyclotrons.
[0006] D'autres cyclotrons, comme le Cyclone 18/9 d' IBA, ont été conçus de manière à pouvoir accélérer différents types d' ions caractérisés par leur rapport « charge sur masse » q/m différent. Le cyclone 18/9 peut accélérer des protons (q/m = 1) à une énergie de 18MeV et des deutons (q/m =1/2) à une énergie de 9MeV. Le profil de champ magnétique isochrone doit être adapté selon le type de particules à accélérer. La figure 1 montre les profils de champs magnétiques moyens <B> en fonction du rayon moyen <R> de la particule dans le cyclotron pour l'accélération de particules de rapport q/m égal à 1 et de particules de rapport « charge sur masse » q/m égal à ½. En vertu de l'équation (2), pour un même rayon moyen de la particule dans le cyclotron, le champ magnétique moyen doit être plus important pour l'accélération de protons que pour l'accélération de deutons. Dans le cas des Cyclone 18/9 et Cyclone 30/15 d' IBA, un moyen mécanique supporte des plaques ferromagnétiques qui s'étendent, dans deux vallées opposées, d'une zone proche du centre du cyclotron vers la périphérie du cyclotron. Pour l'accélération de protons, ledit moyen mécanique positionne lesdites plaques ferromagnétiques à proximité du plan médian du cyclotron afin de fournir un champ additionnel permettant d'obtenir le profil de champ magnétique isochrone requis. Pour l'accélération de deutons nécessitant un profil de champ magnétique moyen différent en fonction du rayon moyen, lesdites plaques ferromagnétiques sont éloignés par rapport au plan médian de manière à diminuer ou supprimer l'intensité du champ magnétique additionnel et à obtenir le profil de champ magnétique isochrone requis pour l'accélération de deutons.
[0007] Dans le cas des cyclotrons de basse énergie, les corrections à effectuer sur le champ magnétique pour passer d'un profil de champ magnétique destiné à l'accélération de particules de rapport q/m = ½ à un profil de champ magnétique destiné à l'accélération de particules de rapport q/m = 1 ne nécessitent pas l'application d'un champ magnétique additionnel trop important. On considère en première approximation, que pour l'accélération de protons, le profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen varie en augmentant d'environ 1% par « pas » de 10 MeV. Le profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen augmente d'environ 0.5% par pas de 10 MeV pour le cas des deutons . Par exemple, pour un cyclotron 10/5 capable d'accélérer des protons à une énergie de lOMeV et des deutons à une énergie de 5 MeV, la variation du champ magnétique moyen du centre du cyclotron à l'extrémité des pôles est de 1% pour le proton et de 0.25% pour le deuton. Dans ce cas, lesdites plaques ferromagnétiques telles qu'employées dans les Cyclone 18/9 et Cyclone 30/15 suffisent à produire le champ magnétique additionnel nécessaire pour l'accélération de protons. Si l'on souhaite concevoir un cyclotron capable d'accélérer des protons à 70MeV et des deutons à 35 MeV, la variation du profil de champ magnétique moyen du centre du cyclotron vers l'extrémité des pôles devrait être d'environ 7% pour l'accélération de protons et de 1,75% pour l'accélération de deutons. Pour l'accélération de deutons, la variation du profil du champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen ne nécessite qu'un usinage adéquat des secteurs, c'est-à- dire, un élargissement azimutal des collines à proximité des extrémités des pôles. Si cette solution pour l'accélération des deutons pose peu de problèmes au niveau de la réalisation, en revanche pour l'accélération de protons, lesdites plaques ferromagnétiques doivent pouvoir produire suffisamment de champ magnétique additionnel pour obtenir le profil désiré de champ magnétique moyen en fonction du rayon moyen. Lesdites plaques ferromagnétiques ne permettent pas de produire un champ magnétique additionnel suffisamment important pour assurer 1 ' isochronisme . D'autre part, le volume compris entre deux collines ne permet pas un élargissement azimutal desdites plaques ferromagnétiques dans le but de créer le champ magnétique additionnel.
[0008] Le document « Magnetic field design and calculation for the IBA C70 cyclotron » S. Zaremba et al., Cyclotrons and their applications 2007, Eighteenth International Conférence, pages 75-77, décrit le développement d'un cyclotron isochrone nommé C70 ou Cyclone 70, capable d'accélérer 4 types de particules : des protons (q/m = 1) et des particules alpha (q/m =1/2) à une énergie de 70MeV, ainsi que des deutons
(q/m =1/2) et des HH+ (q/m =1/2) à une énergie de 35 MeV. Ce document explique les différentes solutions qui ont été envisagées afin d'obtenir un cyclotron pouvant fonctionner selon deux champs magnétiques isochrones différents de manière à accélérer un type de particules de rapport q/m souhaité. Ce cyclotron C70 comprend des collines divisées en trois parties superposées et parallèles au plan médian :
une première partie éloignée du plan médian formant la base de la colline ; une seconde partie centrale formant un pôle autour duquel sont enroulées des bobines de correction avec une distribution précise et ;
une troisième partie, la plus proche du plan médian, étant une plaque de blindage des bobines de correction .
[0009] Cette configuration de collines est néanmoins compliquée et nécessite un alignement très précis desdites trois parties ainsi qu'une répartition des bobines bien précise. Un vide poussé étant nécessaire à l'intérieur du cyclotron, en particulier pour l'accélération de particules chargées négativement, l'assemblage doit pouvoir supporter des variations de pressions importantes, sans que cela n'occasionne de désaj ustement des différentes pièces. Aussi, lors de la mise sous vide du cyclotron, des problèmes de dégazage au niveau des bobines de correction peuvent se produire, celles-ci se trouvant confinées entre la base de la colline et la plaque de blindage. Enfin il est nécessaire d'optimiser l'épaisseur de la plaque de blindage afin que la fraction de flux magnétique utile à l'accélération des particules dans l'entrefer soit suffisante tout en gardant une certaine rigidité mécanique de ladite plaque.
[0010] L'objet de la présente invention est de fournir un cyclotron capable d' accélérer des types de particules de rapport « charge sur masse » q/m différents, ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur.
[0011] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil du champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer, ledit moyen permettant une réalisation plus simple que les moyens de l'art antérieur .
[0012] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil du champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer, ledit moyen pouvant produire suffisamment de champ magnétique additionnel dans le cas de cyclotrons de moyenne à haute énergie.
[0013] Un autre objet de la présente invention est de fournir à un cyclotron un moyen de correction de profil de champ magnétique ne perturbant pas le vide interne du cyclotron. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0014] La présente invention se rapporte à un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m) , ledit cyclotron comprenant :
un électroaimant comprenant deux pôles, de préférence un pôle supérieur et un pôle inférieur, disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » et de zones à entrefer large appelées « vallées » ;
une bobine d' induction principale pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles et
un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport « charge sur masse » des particules à accélérer comprenant une pièce ferromagnétique présente dans une desdites vallées et s' étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de façon à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules dudit premier faisceau ayant ledit premier rapport charge sur masse (q/m) ; caractérisé par :
une bobine d' induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de façon à pouvoir induire un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine d' induction principale et diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fournie par ladite pièce ferromagnétique pour l'accélération de particules dudit deuxième faisceau ayant ledit deuxième rapport charge sur masse (q/m) ' .
[0015] De préférence, la bobine d'induction secondaire est disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale.
[0016] Dé préférence, ladite pièce ferromagnétique comprend : une première partie, s' étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; une seconde partie comprenant un pilier réalisé en un matériau ferromagnétique soutenant ladite première partie .
[0017] De préférence, ladite bobine d'induction secondaire entoure ledit pilier.
[0018] De préférence, le cyclotron comprend des moyens de modification du profil de champ magnétique situés dans deux vallées opposées.
[0019] De préférence, le cyclotron est caractérisé par :
une ouverture située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique ou dudit pilier ;
un dispositif mécanique permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) .
[0020] Selon un autre aspect, la présente invention se rapporte à un procédé pour produire un faisceau de particules chargées accélérées et caractérisé par le fait que :
- l'on utilise un cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la production dudit faisceau de particules chargées accélérées ; et
l'on règle ou ajuste l'intensité de courant dans ladite bobine d' induction secondaire en fonction du rapport « charge sur masse » des particules à accélérer .
[0021] De préférence, le procédé est caractérisé en ce que :
l'on produit un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) au moyen dudit cyclotron, sans appliquer de courant dans ladite bobine d' induction secondaire ; et/ou
l'on produit un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' au moyen dudit cyclotron en appliquant un courant dans ladite bobine d' induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ d'induction principal, le premier rapport charge sur masse (q/m) étant supérieur au deuxième rapport charge sur masse (q/m) ' .
[0022] De préférence, le procédé est caractérisé en ce que :
l'on applique un courant dans ladite bobine d' induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ induction principal si l'on passe de l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) à l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' .
[0023] De préférence, le procédé est caractérisé en ce que :
- l'on prévoit la fermeture du passage du courant dans ladite bobine d'induction secondaire si l'on passe de l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' à l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le rapport « charge sur masse » (q/m) .
[0024] De préférence, le procédé est caractérisé en ce que l'on accélère un faisceau de particules sur une cible comprenant un précurseur de radioisotope.
[0025] Selon un dernier aspect, la présente invention se rapporte également à une utilisation d'un cyclotron tel que décrit ci-dessus ou du procédé tel que décrit ci-dessus pour la production de radioisotopes .
DESCRIPTION DES FIGURES
[0026] La figure 1 représente le profil du champ magnétique moyen <B> à appliquer dans un cyclotron isochrone en fonction du rayon moyen <R> de la particule, pour l'accélération de protons et de deutons .
[0027] La figure 2 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
[0028] La figure 3 représente une vue schématique en coupe selon le plan médian d'un cyclotron selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
[0029] La figure 4 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
[0030] La figure 5 représente une vue tridimensionnelle d'une partie d'un cyclotron selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. [0031] La figure 6 représente une vue schématique en coupe selon un plan perpendiculaire au plan médian d'un cyclotron selon un troisième mode de réalisation de la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
[0032] Le dispositif de la présente invention est un cyclotron apte à produire un faisceau de particules chargées accélérées définies par un rapport « charge sur masse » (q/m) ou un faisceau de particules accélérées définies par un rapport « charge sur masse » (q/m) ' inférieur audit rapport « charge sur masse » (q/m) . Ledit cyclotron est apte à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) , par exemple, égal à 1, comme des protons, ou des particules de rapport (q/m) ' égal à ½, comme des particules alpha, des deutons, des HH+ des 6Li3+, des 10B5+ ou des 12C6+ ou d'autres particules de même rapport (q/m)' = ½. Ledit cyclotron selon la présente invention est représenté aux figures 2 à 6. Ledit cyclotron comprend un circuit magnétique comprenant :
un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian 13 perpendiculaire à l'axe central 12 du cyclotron, et séparés par un entrefer 14 prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » 5 et de zones à entrefer large appelées « vallées » 4 ; des retours de flux 7 pour fermer ledit circuit magnétique ;
une bobine d' induction principale 6 pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer 14 entre lesdits pôles et;
un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport q/m du type de particules à accélérer .
[0033] Ledit cyclotron est caractérisé en ce que ledit moyen de modification du profil de champ magnétique comprend :
une pièce ferromagnétique 2, généralement réalisée en fer doux, présente dans une desdites vallées 4 et s' étendant d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique 2 formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ;
un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique 2, de manière à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ' .
[0034] Dans ledit moyen de modification du profil de champ magnétique, ladite pièce ferromagnétique 2 peut prendre différentes formes tant qu'une partie ou la totalité de celle-ci s'étend du centre vers la périphérie du cyclotron. Par exemple, ladite pièce ferromagnétique 2 peut comprendre :
une première partie s' étendant du centre vers la périphérie du cyclotron, formant un entrefer et; une seconde partie comprenant un pilier ferromagnétique 3, connecté aux retours de flux 7 et supportant ladite première partie.
[0035] Ledit cyclotron peut comprendre par exemple deux moyens de modification du profil de champ magnétique situés dans des vallées 4 opposées. Deux autres vallées opposées comprennent des électrodes d'accélération couramment appelées « dés » (non représentées) .
[0036] Par exemple, ledit cyclotron peut comprendre quatre collines 5, chacune de ces collines 5 étant séparées les unes des autres par des vallées 4. Dans cet exemple non limitatif de la présente invention, les secteurs du cyclotron sont arrangés selon une symétrie d'ordre 4, avec deux vallées 4 opposées comprenant ledit moyen de modification du champ magnétique et deux autres vallées comprenant les dés.
[0037] Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, ledit moyen permettant de diminuer la contribution du champ magnétique additionnel comprend :
une ouverture 15 située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique 2 ou dudit pilier 3 et ;
un dispositif mécanique 16 permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique 2 du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique 2 du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) . [ 0038 ] Dans un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, ledit moyen permettant de diminuer la contribution du champ magnétique additionnel comprend une bobine d' induction secondaire 1 disposée autour de ladite pièce ferromagnétique 2 de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale 6. Ladite bobine d'induction secondaire 1 est reliée à un dispositif d'alimentation électrique 11 permettant de faire passer un contre courant induisant un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine d'induction principale 6.
[ 0039] Dans un troisième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 5 et 6, ladite pièce ferromagnétique 2 comprend :
une première partie s' étendant du centre vers la périphérie du cyclotron, formant un entrefer et;
une seconde partie comprenant un pilier ferromagnétique 3, connecté aux retours de flux 7 et supportant ladite première partie,
ladite bobine d' induction secondaire 1 entourant ledit pilier 3 et est disposée de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale 6.
[ 0040 ] Afin d'éviter une surchauffe due au passage de courant dans la bobine d'induction secondaire 1, celle-ci peut être entourée par un élément réfrigérant
(non représenté) permettant son refroidissement. Ladite bobine d' induction secondaire 1 peut être entourée d'une armature métallique permettant d'éviter des problèmes de dégazage au niveau des spires de lorsque le vide est créé dans le cyclotron. [0041] De préférence, le cyclotron selon la présente invention comprend :
- une première partie, s' étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et;
- une seconde partie comprenant un pilier réalisé en un matériau ferromagnétique soutenant ladite première partie .
[0042] Avantageusement, le cyclotron selon la présente invention comprend des moyens de correction du profil de champ magnétique situés dans deux vallées opposées .
[0043] De préférence, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend :
une ouverture située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique ou dudit pilier ;
- un dispositif mécanique permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) .
[0044] Avantageusement, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend :
- une bobine d' induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de manière parallèle à ladite bobine d' induction principale et connectée à un moyen d'alimentation électrique permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale.
[0045] De manière avantageuse, ladite bobine d'induction secondaire entoure ledit pilier.
[0046] La présente invention se rapporte également à un procédé de correction du profil de champ magnétique dans un cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m) , ledit cyclotron comprenant un circuit magnétique comprenant :
un électroaimant comprenant deux pôles, un pôle supérieur et un pôle inférieur, lesdits pôles étant disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian perpendiculaire à l'axe central du cyclotron, et séparés par un entrefer prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » et de zones à entrefer large appelées « vallées », de manière à assurer une refocalisation dudit faisceau dans le plan médian ;
des retours de flux pour fermer ledit circuit magnétique ;
- une bobine d' induction principale pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer entre lesdits pôles ; - un moyen de correction du profil de champ magnétique selon le rapport q/m du type de particule à accélérer, caractérisé en ce que l'on prévoit un moyen de correction du profil du champ magnétique comprenant :
- une pièce ferromagnétique comprise dans une desdites vallées et s' étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de manière à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules du premier faisceau ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) ;
- un moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique, de manière à accélérer les particules du deuxième faisceau ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' .
[0047] De préférence, ladite pièce ferromagnétique comprend :
- une première partie, s' étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et;
- une seconde partie comprenant un pilier réalisé en un matériau ferromagnétique et soutenant ladite première partie .
[0048] Avantageusement, ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique comprend :
une ouverture située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique ou dudit pilier; - un dispositif mécanique permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) .
[0049] De préférence encore, pour ledit moyen permettant de diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique, l'on prévoit :
- une bobine d' induction secondaire disposée autour de ladite pièce ferromagnétique de manière parallèle à ladite bobine d' induction principale et connectée à un moyen d'alimentation électrique permettant de faire passer un courant induisant un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine principale.
[0050] Avantageusement, l'on règle ou ajuste l'intensité de courant dans ladite bobine d'induction secondaire en fonction du rapport « charge sur masse » de la particule à accélérer.
[0051] De manière davantage préférée, le procédé selon l'invention comprend l'étape de production d'un premier faisceau de particules accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) au moyen dudit cyclotron, sans appliquer de courant dans ladite bobine d'induction secondaire, ou production d'un deuxième faisceau de particules définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' au moyen dudit cyclotron en appliquant un courant dans ladite bobine d' induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ d'induction principal, le premier rapport « charge sur masse » (q/m) étant supérieur au deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' .
[0052] De préférence encore, le procédé selon l'invention comprend l'étape d'application d'un courant dans ladite bobine d' induction secondaire de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ induction principal si l'on passe de l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) à l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' , ou fermeture du passage du courant dans ladite bobine d' induction secondaire si l'on passe de l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m)' à l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le rapport « charge sur masse » (q/m) .
[0053] De manière préférée, l'on accélère un faisceau de particules sur une cible comprenant un précurseur de radioisotope .
[0054] La présente invention concerne également l'utilisation dudit procédé ou dudit cyclotron pour la production de radioisotope.
Exemple d'utilisation de la présente invention
[0055] Dans un cyclotron isochrone selon la présente invention, il est possible de sélectionner un type de particule de rapport « charge sur masse » q/m à accélérer comme par exemple des protons (q/m = 1) ou des deutons (q/m = ½) , d'autres particules pouvant être également accélérées. Dans le cas non limitatif d'un cyclotron isochrone capable d'accélérer des protons à une énergie de 70 MeV, la position de ladite pièce ferromagnétique 2 dans deux vallées opposées, influence les lignes de flux du champ magnétique induit par ladite bobine d' induction principale 6 et fournit un champ magnétique additionnel permettant d' obtenir le champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération des protons. Si l'on souhaite avec ce même cyclotron accélérer des deutons ou d' autres particules de rapport « charge sur masse » égal à ½ à une énergie de 35 MeV, le profil du champ magnétique doit être modifié de manière à obtenir un profil de champ magnétique isochrone tel que montré à la figure 1. On doit donc diminuer le champ magnétique additionnel fourni par ladite pièce ferromagnétique 2. Cela peut se faire en appliquant dans ladite bobine d' induction secondaire 1 un contre-courant créant un champ magnétique s' opposant au champ magnétique principal induit par ladite bobine d'induction principale 6, de manière à obtenir le champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération de deutons ou de particules de rapport « charge sur masse » égal à ½ . Ces rapports « charge sur masse » de 1 et ½ ne constituent pas une limitation de la présente invention et d'autres rapports « charge sur masse » peuvent être considérés.
[0056] La présente invention permet d'éviter d'avoir recours à un système de bobinage et d'usinage complexe au niveau des secteurs. Les deuxième et troisième modes de réalisation de la présente invention permettent d'éviter le recours à un système mobile pour passer d'un champ magnétique isochrone nécessaire à l'accélération d'un type de particules de rapport « charge sur masse » q/m à un autre. Un autre avantage substantiel des deuxième et troisième modes de réalisation de la présente invention est que dans le cas d'un usinage des pôles approximatif, il est toujours possible de corriger le champ magnétique en faisant varier le courant dans la bobine d' induction secondaire 1 de manière à obtenir le champ magnétique isochrone désiré avec une bonne précision.
[0057] La présente invention peut être utilisée pour accélérer des particules de rapport q/m sur une cible pour la production de radio-isotopes. Par exemple, dans une première utilisation, ledit cyclotron peut être utilisé pour accélérer des particules de rapport « charge sur masse » q/m égal à 1, comme par exemple des protons sur une cible comprenant un précurseur de radio-isotope. Dans une seconde utilisation, le champ magnétique dans ledit cyclotron peut-être modifié de manière à accélérer des particules de rapport « charge sur masse » (q/m) ' égal à ½, comme par exemple des deutons, sur une cible comprenant un précurseur de radio-isotope .
Liste des éléments :
1 bobine d' induction secondaire
2 pièce métallique
3 pilier
4 vallée
5 colline
6 bobine d' induction principale
7 retour de flux
9 trou de pompage
11 moyen d'alimentation électrique
12 conduit central
13 plan médian
14 entrefer
15 ouverture
16 moyen mécanique

Claims

Revendications
1. Cyclotron apte à produire un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) ou un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' inférieur audit premier rapport « charge sur masse » (q/m) , ledit cyclotron comprenant :
- un électroaimant comprenant deux pôles disposés de manière symétrique par rapport à un plan médian (13) perpendiculaire à l'axe central (12) du cyclotron et séparés par un entrefer (14) prévu pour la circulation des particules chargées, chacun desdits pôles comprenant plusieurs secteurs disposés de manière à avoir une alternance de zones à entrefer étroit appelées « collines » (5) et de zones à entrefer large appelées « vallées » (4) ;
une bobine d'induction principale (6) pour créer un champ d' induction principal essentiellement constant dans l'entrefer (14) entre lesdits pôles et
un moyen de modification du profil de champ magnétique selon le rapport « charge sur masse » des particules à accélérer comprenant une pièce ferromagnétique (2) présente dans une desdites vallées
(4) et s' étendant radialement d'une région proche du centre vers la périphérie du cyclotron, ladite pièce ferromagnétique (2) formant un circuit magnétique avec le fond de ladite vallée, de façon à créer un champ magnétique additionnel suffisamment important pour l'accélération de particules dudit premier faisceau ayant ledit premier rapport charge sur masse (q/m) ; caractérisé par :
une bobine d'induction secondaire (1) disposée autour de ladite pièce ferromagnétique (2) de façon à pouvoir induire un champ magnétique s' opposant au champ magnétique induit dans ladite pièce ferromagnétique par ladite bobine d'induction principale (6) et diminuer la contribution de champ magnétique additionnel fournie par ladite pièce ferromagnétique (2) pour l'accélération de particules dudit deuxième faisceau ayant ledit deuxième rapport charge sur masse (q/m) ' .
2. Cyclotron selon la revendication 1, dans lequel ladite bobine d'induction secondaire (1) est disposée autour de ladite pièce ferromagnétique (2) de manière parallèle à ladite bobine d'induction principale (6).
3. Cyclotron selon les revendications 1 ou 2, dans lequel ladite pièce ferromagnétique (2) comprend :
une première partie, s' étendant du centre vers la périphérie dudit cyclotron, formant un entrefer, et; une seconde partie comprenant un pilier (3) réalisé en un matériau ferromagnétique soutenant ladite première partie.
4. Cyclotron selon la revendication 3, dans lequel ladite bobine d'induction secondaire (1) entoure ledit pilier (3) .
5. Cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens de modification du profil de champ magnétique situés dans deux vallées (4) opposées.
6. Cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par :
une ouverture (15) située dans le fond d'une vallée, permettant le passage de la totalité de ladite pièce ferromagnétique (2) ou dudit pilier (3) ;
un dispositif mécanique (16) permettant d'éloigner ladite pièce ferromagnétique du plan médian lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' ou de rapprocher ladite pièce ferromagnétique (2) du plan médian (13) lorsque l'on souhaite accélérer des particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) .
7. Procédé pour produire un faisceau de particules chargées accélérées, caractérisé en ce que :
- l'on utilise un cyclotron selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la production dudit faisceau de particules chargées accélérées ; et
l'on règle ou ajuste l'intensité de courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) en fonction du rapport « charge sur masse » des particules à accélérer .
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que :
l'on produit un premier faisceau de particules chargées accélérées définies par un premier rapport « charge sur masse » (q/m) au moyen dudit cyclotron, sans appliquer de courant dans ladite bobine d' induction secondaire (1) ; et/ou l'on produit un deuxième faisceau de particules chargées accélérées définies par un deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' au moyen dudit cyclotron en appliquant un courant dans ladite bobine d' induction secondaire (1) de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ d'induction principal, le premier rapport charge sur masse (q/m) étant supérieur au deuxième rapport charge sur masse (q/m) ' .
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que :
l'on applique un courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) de manière à induire un champ magnétique s' opposant audit champ induction principal si l'on passe de l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le premier rapport « charge sur masse » (q/m) à l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' .
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que :
- l'on prévoit la fermeture du passage du courant dans ladite bobine d'induction secondaire (1) si l'on passe de l'accélération d'un deuxième faisceau de particules ayant le deuxième rapport « charge sur masse » (q/m) ' à l'accélération d'un premier faisceau de particules ayant le rapport « charge sur masse » (q/m) .
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'on accélère un faisceau de particules sur une cible comprenant un précurseur de radioisotope .
12. Utilisation du cyclotron selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 pour la production de radioisotopes .
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