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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.
ARRIERE-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 ;
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- 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= BdR (1)
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) = Bo 1 - (gB0R/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.
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[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 = 1/ peut accélérer des
particules alpha, des deutons D-, des HH+, 6Li3+, 1 B5+ ou
1206+ ou d'autres particules du même rapport q/m = 1-2.
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
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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 1-2. 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
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pour passer d'un profil de champ magnétique destiné à
l'accélération de particules de rapport q/m = 1/ à un
profil de champ magnétique destiné à l'accélération de
particules de rapport q/m = 1 ne nécessitent pas
5 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 10MeV
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
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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 l'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 Conference, 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 ;
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- 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
désajustement 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
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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
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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 :
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- 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
5 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
10 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
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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
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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.
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[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 1-2, comme des particules alpha,
des deutons, des HH+ des 6Li3+, des 1 B5+ ou des 1206+ ou
d'autres particules de même rapport (q/m)' = 1-2. 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 ;
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- 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;
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- 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
5 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).
10 [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
15 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).
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[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.
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[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
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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 ;
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- 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;
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- 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
5 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
10 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
15 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
20 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
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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 = 1-2), d'autres particules pouvant être
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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 1/ 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 1/ . Ces rapports charge sur masse de 1 et
1/ 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
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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 1-2, comme par exemple des
deutons, sur une cible comprenant un précurseur de
radio-isotope.
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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
ouverture
15 16 moyen mécanique
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