Ciclotrón.

Ciclotrón apto para producir un haz de partículas cargadas aceleradas destinadas a la irradiación de al menos un blanco (200),

comprendiendo el citado ciclotrón un circuito magnético constituido esencialmente:

- por un electroimán con al menos dos polos (1, 1'), un polo superior (1) y un polo inferior (1'), estando dispuestos los citados polos de manera simétrica con respecto a un plano medio (110) perpendicular al eje central (100) del ciclotrón, y separados por un entrehierro (120) por el que circulan las partículas cargadas y por retornos de flujo (2) para cerrar el citado circuito magnético;

- por un par de bobinas de inducción principales (5, 5') para crear un campo de inducción principal esencialmente constante en el entrehierro, entre los citados polos 1 y 1',

- y por medios de centrado del citado haz que comprenden al menos un par de bobinas de compensación (6, 7) alimentadas por una fuente de corriente (8) y aptas para modular la intensidad del campo de inducción principal producido por las citadas bobinas principales (5, 5') con miras a obtener un aumento de la intensidad del campo de inducción en una primera zona del ciclotrón y una disminución de la intensidad del campo de inducción en una segunda zona del ciclotrón diametralmente opuesta con respecto al eje central (100) del ciclotrón.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2003/000196.

Solicitante: ION BEAM APPLICATIONS S.A..

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: CHEMIN DU CYCLOTRON, 3 1348 LOUVAIN-LA-NEUVE BELGICA.

Inventor/es: JONGEN, YVES, GENIN, FREDERIC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H05H13/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › Aceleradores de resonancia magnética; Ciclotrones.
  • H05H7/10 H05H […] › H05H 7/00 Detalles de dispositivos de los tipos cubiertos por los grupos H05H 9/00 - H05H 13/00 (blancos para la producción de reacciones nucleares H05H 6/00). › Disposiciones para extraer las partículas de sus órbitas.

PDF original: ES-2385709_T3.pdf

 

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Ciclotrón.

Fragmento de la descripción:

Ciclotrón Objeto de la invención La presente invención se refiere a un ciclotrón y a un procedimiento que permiten un ajuste fácil y eficaz de la posición de un haz de partículas cargadas.

Antecedente tecnológico y estado de la técnica Los ciclotrones son aceleradores circulares que permiten acelerar partículas cargadas tales como iones positivos (protones, deutones, heliones, partículas alfa, etc.) o iones negativos (H, O, etc.) , que son utilizadas entre otros para la producción de isótopos radioactivos, para la radioterapia, o con fines experimentales.

Los primeros ciclotrones comprendían un circuito magnético que estaba constituido simplemente por dos polos simétricos dispuestos a una y otra parte de un plano medio y separados por un entrehierro por el cual circulan las partículas aceleradas. El circuito magnético está completado por retornos de flujo con miras a cerrar el citado circuito y por culatas que sirven de placas de base a los polos. Los polos están rodeados por un par de bobinas de inducción recorridas por una corriente, que genera un campo magnético uniforme y constante apto para confinar las partículas según una trayectoria esencialmente circular o de modo más preciso según una trayectoria en forma de espiral en el plano medio.

En una variante mejorada, se han concebido máquinas de variación acimutal de campo. Los polos del electroimán están entonces dividíos en sectores que presentan alternativamente un entrehierro reducido y un entrehierro más grande. La variación acimutal del campo que así resulta tiene por efecto asegurar la focalización vertical y horizontal del haz en el transcurso de la aceleración.

Entre los ciclotrones de variación acimutal de campo, conviene distinguir los ciclotrones de tipo compacto, en los que el campo es creado por un par de bobinas circulares principales, y los ciclotrones de sectores separados, en los cuales la estructura magnética está dividida en unidades separadas totalmente autónomas, donde cada par de polos dispone de sus propias bobinas.

El documento EP-A-0222786 describe un ejemplo de ciclotrón isócrono compacto.

El documento US-A-3868522 describe un ciclotrón isócrono que utiliza un imán de núcleo de aire superconductor que produce campos magnéticos de gran intensidad en el cual, para facilitar un campo de focalización axial, sectores de hierro con bordes en espiral actúan como polos aeroelásticos situados en el campo magnético de tal modo que la saturación del hierro en los sectores da un campo incrementado entre los sectores y un campo ligeramente disminuido en el exterior.

El documento US-A-4639634 describe a su vez un ciclotrón en el que las bobinas de desfocalización vertical están dispuestas a lo largo de una trayectoria circular en la cual está dispuesto el blanco. Las bobinas alargadas y curvadas tienen por efecto destruir la focalización vertical y por consiguiente agrandar el haz antes del impacto con el blanco, con el fin de que este último no quede dañado.

Un gran campo de aplicación de los ciclotrones es la utilización de las partículas aceleradas para bombardear blancos con miras a la producción de radioisótopos. A tal fin, se puede extraer el citado haz de partículas aceleradas fuera del ciclotrón. Entre los métodos de extracción, un método conocido es el método de extracción por {{ stripping }}. Las partículas aceleradas son casi siempre iones cargados negativamente constituidos por un núcleo y varios electrones.

En la proximidad de la periferia del ciclotrón, el haz es dirigido hacia una lámina delgada, denominada {{ lámina de stripping }}, realizada generalmente de carbono. Esta lámina de stripping tiene por efecto arrancar los electrones periféricos de los iones, cambiando así su carga. La curvatura de la trayectoria es entonces invertida, y el haz es conducido hacia el exterior de la máquina, por un orificio practicado en el retorno de flujo del circuito magnético.

Otro método conocido de extracción del haz es la autoextracción, por medio de una variación radial brusca del campo de inducción en la periferia del ciclotrón. Este método está descrito en detalle en los documentos WO A97/14279 Y WQ-A-01/05199.

Para la aplicación particular de la producción de radioisótopos, el haz de partículas cargadas es dirigido hacia un blanco que contiene al menos un elemento precursor del radioisótopo que hay que producir. En este caso, es particularmente deseable que el haz sea dirigido hacia el centro del blanco.

Un elemento limitativo de la productividad de una instalación de producción de radioisótopos es la capacidad del blanco para disipar la potencia térmica que ésta recibe por el haz. Si el citado blanco recibe una intensidad de haz (o corriente) demasiado importante, éste corre el riesgo de ser dañado. Para ciertos tipos de blanco, las intensidades

de irradiación están limitadas a 40 !-lA, mientras que los ciclotrones en medicina nuclear son capaces de producir haces con intensidades que pueden llegar de 80 !-lA a 100 !-lA. Así pues, en este caso concreto no se pueden utilizar plenamente las capacidades de producción del ciclotrón esto debido esencialmente a que no se llega a enfriar suficientemente el blanco.

Con el objetivo de aumentar la productividad de una instalación de producción de radioisótopos al tiempo que no se rebase el límite de corriente aceptable para un blanco, se han propuesto instalaciones de doble haz. De acuerdo con una configuración de este tipo, dos láminas de stripping están dispuestas en la periferia del ciclotrón de manera diametralmente opuesta con respecto al eje central de la máquina. El haz es así dividido en dos fracciones sensiblemente iguales. Sin embargo, en razón por ejemplo de un defecto de simetría del ciclotrón, podría ser que uno de los blancos reciba una intensidad de haz esencialmente diferente de la recibida por el otro blanco. Puede ocurrir entonces que uno de los blancos quede dañado por una corriente demasiado importante. Esta situación puede producirse en particular cuando en el transcurso de una larga irradiación, por ejemplo de varias horas, ciertos parámetros de la máquina experimentan entonces una deriva, especialmente tras un calentamiento progresivo de sus elementos.

Para resolver este problema, es conocido proponer láminas de stripping desplazables radialmente. Esta solución es utilizada por ejemplo en la máquina Cyclone 30 de la Solicitante. Por un desplazamiento radial de la lámina de stripping hacia el interior o el exterior del ciclotrón, se aumenta o se disminuye la fracción del haz interceptada por la lámina. En una máquina de doble haz, desplazando una de las dos láminas hacia el interior, y la otra hacia el exterior, se puede asegurar una repartición equilibrada de la intensidad del haz que golpea a cada uno de los blancos. Esta solución es sin embargo delicada y costosa, puesto que ésta requiere la instalación de equipos móviles regulables en el seno mismo de la máquina, es decir en la cámara de vacío.

El documento EP-A-1069809 propone la utilización de bobinas armónicas con miras a hacer los dos haces de partículas procedentes de una misma instalación de doble haz esencialmente equivalentes, es decir que presenten una intensidad equivalente. De acuerdo con esta solución, se ha propuesto disponer entre los polos del electroimán bobinas armónicas de pequeña dimensión. Dos bobinas son recorridas por corrientes opuestas que producen un aumento del campo magnético en una región del entrehierro, y una disminución del campo magnético en la región del entrehierro diametralmente opuesta. Esta solución permite así regular la intensidad de los haces, pero presenta los inconvenientes siguientes: en particular, las bobinas armónicas deben estar localizadas a nivel de las colinas, donde el entrehierro es más estrecho. Éstas por tanto pueden ser alcanzadas directamente por el haz y de modo más particular en caso de defecto de alineamiento axial del citado haz, lo que implicará infaliblemente una destrucción de las citadas bobinas. Además, estando dispuestas estas bobinas en la cámara de vacío, los conductores que alimentan estas bobinas deben atravesar la pared de la citada cámara por medios que respeten una estanqueidad perfecta, lo que no deja de presentar dificultades.

Una tercera solución conocida y ya utilizada por la solicitante está ilustrada en la figura 1. Si se hace variar la tensión alterna de alta frecuencia aplicada a los electrodos de aceleración (los des) , se observa la situación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Ciclotrón apto para producir un haz de partículas cargadas aceleradas destinadas a la irradiación de al menos un blanco (200) , comprendiendo el citado ciclotrón un circuito magnético constituido esencialmente:

- por un electroimán con al menos dos polos (1, 1') , un polo superior (1) y un polo inferior (1') , estando dispuestos los citados polos de manera simétrica con respecto a un plano medio (110) perpendicular al eje central (100) del ciclotrón, y separados por un entrehierro (120) por el que circulan las partículas cargadas y por retornos de flujo (2) para cerrar el citado circuito magnético;

- por un par de bobinas de inducción principales (5, 5') para crear un campo de inducción principal esencialmente constante en el entrehierro, entre los citados polos 1 y 1',

- y por medios de centrado del citado haz que comprenden al menos un par de bobinas de compensación (6, 7) alimentadas por una fuente de corriente (8) y aptas para modular la intensidad del campo de inducción principal producido por las citadas bobinas principales (5, 5') con miras a obtener un aumento de la intensidad del campo de inducción en una primera zona del ciclotrón y una disminución de la intensidad del campo de inducción en una segunda zona del ciclotrón diametralmente opuesta con respecto al eje central (100) del ciclotrón,

caracterizado porque las bobinas de compensación (6, 7) rodean porciones de retornos de flujo (2) dispuestas de manera diametralmente opuesta con respecto al eje central (100) del ciclotrón.

2. Procedimiento de centrado de un haz extraído de un ciclotrón sobre un blanco, comprendiendo el citado ciclotrón un circuito magnético constituido esencialmente por:

- un electroimán con al menos dos polos (1, 1') , un polo superior (1) y un polo inferior (1') , estando dispuestos los citados polos de manera simétrica con respecto a un plano medio (110) perpendicular al eje central (100) del ciclotrón, y separados por un entrehierro (120) por el que circulan las partículas cargadas y por retornos de flujo (2) para cerrar el citado circuito magnético;

- un par de bobinas de inducción principales (5, 5') para crear un campo de inducción principal esencialmente constante en el entrehierro (120) , entre los citados polos (1, 1') ,

caracterizado porque:

- se provee al ciclotrón con al menos un par de bobinas de compensación (6, 7) dispuestas de manera que

rodean porciones diametralmente opuestas de los retornos de flujo (2) con respecto al eje central del ciclotrón;

- se alimenta el par de bobinas principales (5, 5') de manera que se cree un campo magnético esencialmente constante en el entrehierro (120) del ciclotrón,

- se alimentan las bobinas de compensación (6, 7) por intermedio de una fuente de corriente (8) de manera que aumente la intensidad del campo de inducción en una primera zona del ciclotrón y disminuya la intensidad del campo de inducción en una segunda zona situada de manera diametralmente opuesta con respecto al eje central (100) del ciclotrón.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque se regula o ajusta la intensidad de corriente de la fuente de corriente (8) con el fin de optimizar la intensidad del haz que golpea al blanco (200) .

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque:

se mide la intensidad de corriente de haz a nivel del citado blanco (200) con la ayuda de un detector (210) , se transmite esta medición a un regulador, y en función de esta medición, se regula o ajusta la intensidad de corriente en las bobinas de compensación (6, 7) por intermedio de un ajuste de la corriente de la alimentación (8) .

5. Utilización del procedimiento y del dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la producción de radioisótopos de uso médico a partir de un blanco que comprende un precursor del citado radioisótopo.

6. Utilización del procedimiento y del dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para una instalación de doble o múltiple haz según la cual se equilibra la intensidad de la fracción del haz que golpea a cada uno de los citados blancos.

 

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