Un sistema que comprende un acelerador de partículas giratorio y un medio de refrigeración, y un método de funcionamiento del sistema.

Un sistema que comprende:

un soporte (2), y

un acelerador de partículas (1) montado en el soporte para producir un haz de salida (9) de partículas cargadas enuso,

comprendiendo el acelerador de partículas al menos una bobina superconductora anular (17) para generar uncampo magnético en uso;

comprendiendo además el sistema un medio para refrigerar la bobina superconductora en uso;

en el que el sistema está dispuesto de modo que el acelerador de partículas (1) es movible para cambiar la direccióndel haz de salida en uso, en el que el acelerador de partículas es giratorio para permitir el movimiento del haz desalida por medio de un arco en uso, y en el que el medio de refrigeración se puede hacer funcionar para refrigerar labobina superconductora mientras la bobina gira sobre su eje en dicho movimiento del acelerador de partículas enuso;

en el que el medio de refrigeración comprende:

una cámara criogénica (32) situada próxima a la al menos una bobina superconductora para contener el fluidocriogénico en uso, y

una unidad de fluido criogénico de recondensación (29) en comunicación fluida con la cámara criogénica (32), dondeel fluido criogénico vaporizado puede fluir desde la cámara criogénica a la unidad de fluido criogénico derecondensación para recondensarse en uso antes de volver a la cámara criogénica;

caracterizado porque el medio de refrigeración comprende además el medio térmicamente conductor (40) dispuestopara facilitar la transferencia de calor desde la al menos una bobina superconductora (17) a la cámara criogénica(32) para vaporizar el fluido criogénico contenido en la misma en uso y de este modo retirar calor de la al menos unabobina superconductora, el medio térmicamente conductor es un conductor altamente térmico a temperaturascriogénicas; y

en el que el medio de refrigeración que incluye la cámara criogénica (32), la unidad de recondensación (29) y elmedio térmicamente conductor está dispuesto para girar con la bobina (17) mientras la bobina gira sobre su eje.

Un sistema que comprende un acelerador de partículas giratorio y un medio de refrigeración, y un método de funcionamiento del sistema La presente invención se refiere a sistemas de refrigeración y métodos para aceleradores de partículas que incluyen una o más bobinas superconductoras, y más en particular a sistemas de refrigeración y métodos para aceleradores de partículas giratorios que incluyen una o más bobinas superconductoras.

Los aceleradores de partículas se usan en muchas aplicaciones, incluyendo, por ejemplo, aplicaciones de física de partículas, y tratamiento con iones, por ejemplo, tratamiento con protones o iones pesados. En determinadas aplicaciones, es deseable que se pueda dirigir el haz de salida para que sea incidente sobre un objetivo a partir de varias direcciones diferentes. A menudo, dichas técnicas se usan en aplicaciones de tratamiento con iones para intentar irradiar una estructura objetivo, tal como un tumor, mientras se reduce la dosis de radiación en los tejidos sanos circundantes.

En algunos sistemas convencionales, se puede lograr dirigir el haz de salida usando un acelerador de partículas estático para suministrar un haz de partículas, y proporcionar un sistema de dirección para dirigir el haz de partículas sobre el objetivo a partir de varias direcciones. Típicamente, dichos sistemas son relativamente grandes y caros, lo que requiere a menudo un sistema complejo de imanes de dirección y concentración para dirigir un haz desde el acelerador de partículas al objetivo, que puede estar situado a alguna distancia del acelerador.

Una técnica alternativa que se está volviendo cada vez más popular es el uso de un acelerador de partículas de un peso y tamaño que permita que el propio acelerador de partículas esté montado sobre un soporte, tal como un pórtico, para permitir el movimiento, por ejemplo la rotación, del acelerador y por tanto, el haz de salida de las partículas cargadas. En estas disposiciones, el soporte puede ser giratorio para permitir la rotación del acelerador de partículas y de la bobina alrededor del eje de la bobina. Un tipo de acelerador de partículas que se puede construir para que sea suficientemente ligero y compacto para permitir el montaje a un soporte para su rotación es un acelerador de partículas que incluye una o más bobinas superconductoras. Dichas bobinas pueden generar un campo magnético más intenso que el que se puede lograr usando un acelerador de partículas de tamaño comparable que no incluya una bobina superconductora, lo que permite que se logre una reducción en el tamaño y peso. Por ejemplo, un cable superconductor de sección transversal relativamente pequeña puede transportar corrientes eléctricas muy altas, del orden den cientos o miles de amperios sin disipación. Se pueden obtener sin dificultad densidades de corriente cien veces mayores de las logradas típicamente usando bobinas de resistencia.

Los aceleradores de partículas montados en soporte son ventajosos porque proporcionan una capacidad de dirección de haces en el contexto de una instalación más pequeña y más barata. Esto es particularmente importante, por ejemplo en el contexto de las aplicaciones de tratamiento con iones, permitiendo que las instalaciones de tratamiento sean más amplias, lo que permite potencialmente que los centros de tratamiento estén situados en un distrito en lugar de a nivel regional o nacional.

Cuando se usa un acelerador de partículas que incluye una bobina superconductora, es necesario refrigerar los bobinados superconductores. Se apreciará que se encuentran problemas particulares cuando se refrigera la bobina superconductora de un acelerador de partículas montado en un soporte para su rotación. El sistema de refrigeración 45 debe permitir que el acelerador de partículas esté montado en el soporte, y esté en funcionamiento para refrigerar la bobina aún en la rotación del acelerador de partículas y su bobina.

Se han propuesto varios métodos para refrigerar bobinas de sistemas superconductores. Algunos métodos de refrigeración convencionales para bobinas superconductoras implicar sumergir la bobina en un refrigerante criogénico líquido o "fluido criogénico". El fluido criogénico usado más comúnmente es helio líquido. El fluido criogénico absorbe calor del superconductor, y se vaporiza, refrigerando de este modo el superconductor. Sin embargo, la necesidad de sumergir el superconductor en el fluido criogénico tiene ciertas desventajas, en particular en el contexto de un sistema de acelerador de partículas giratorio montado en soporte. Uno de los problemas más significativos asociado con la inmersión de la bobina superconductora en un baño de fluido criogénico es que esto 55 da como resultado un relativamente voluminoso, no muy adecuado para montar en un soporte, o para su rotación. Debido a las cantidades de fluido criogénico relativamente grandes requeridas, en general, es necesario que el baño que contiene el fluido criogénico sea un recipiente a presión, que pueda soportar las presiones potencialmente altas que pueden resultar de la vaporización del fluido criogénico en la desactivación del imán superconductor. La desactivación es un fenómeno que se puede producir si el imán superconductor sale de su estado superconductor y entra en un estado de resistencia. Esto puede dar como resultado la liberación de energía desde la bobina en forma de calor, lo que provoca que el fluido criogénico que rodea la bobina se vaporice. Además, es probable que los fluidos criogénicos, tales como el helio líquido, se vuelvan cada vez más escasos en el futuro, lo que hace que los sistemas de inmersión que usan grandes cantidades de fluido criogénico sean menos deseables. Los documentos FR 2560421 y US 4.507.616 divulgan disposiciones para codificar bobinados superconductores del tipo anterior.

Otros métodos de refrigeración conocidos usan conductores térmicos, tales como enlaces térmicos de cobre, para transferir calor desde bobina superconductora al fluido de trabajo de un refrigerador criogénico, sin usar un fluido criogénico como medio de transferencia de calor. Sin embargo, estos sistemas también tienen ciertas desventajas. Por ejemplo, pueden surgir gradientes de temperatura significativos a lo largo de la longitud de los conductores, degradando el rendimiento de bobina superconductora. Surge un problema adicional, puesto que los refrigeradores criogénicos generan vibración, lo que puede interferir con el funcionamiento de un acelerador de partículas. A la inversa, los campos magnéticos fuertes producidos por un acelerador de partículas pueden interferir con el funcionamiento del refrigerador criogénico. Para evitar las interferencias entre el refrigerador criogénico y el acelerador de partículas, es necesario situar los refrigeradores criogénicos a una distancia de las bobinas superconductoras del acelerador de partículas. Sin embargo, en la práctica, existen dificultades prácticas asociadas con la conducción de calor a lo largo de distancias significativas. Por tanto, el solicitante se ha dado cuenta de que estos sistemas tampoco son muy adecuados para mantener la temperatura de la bobina superconductora baja y estable, como es deseable para mantener un funcionamiento eficaz de un acelerador de partículas.

Por lo tanto, el solicitante se ha dado cuenta de que existe una necesidad de obtener una mejora en el método y

sistema de refrigeración para el sistema superconductor de un acelerador de partículas montado en un soporte para permitir el cambio, por ejemplo la rotación, de la dirección del haz de salida.

De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema de acuerdo con reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, por lo tanto, una cámara criogénica está dispuesta próxima a la bobina superconductora del acelerador de partículas. Un fluido criogénico líquido situado en la cámara en uso puede absorber y vaporizarse por el calor que se le transmite desde la bobina superconductora para, de este modo, refrigerar la bobina. El medio conductor altamente térmico se proporciona específicamente para facilitar la transferencia de calor desde la bobina superconductora a la cámara criogénica para vaporizar el fluido criogénico situado en ella en uso. La presente invención, por tanto, usa un trayecto de conducción térmica para transferir calor desde la bobina superconductora al fluido criogénico situado en una cámara criogénica en la proximidad de la bobina en uso. La cámara criogénica está en comunicación fluida con, por ejemplo conectada a, una unidad de recondensación de fluido criogénico, por lo que, en uso, el fluido criogénico situado en la cámara y vaporizado por calor desde la bobina superconductora puede fluir a la unidad de... [Seguir leyendo]

1. Un sistema que comprende:

un soporte (2) , y

un acelerador de partículas (1) montado en el soporte para producir un haz de salida (9) de partículas cargadas en uso, comprendiendo el acelerador de partículas al menos una bobina superconductora anular (17) para generar un campo magnético en uso;

comprendiendo además el sistema un medio para refrigerar la bobina superconductora en uso;

en el que el sistema está dispuesto de modo que el acelerador de partículas (1) es movible para cambiar la dirección del haz de salida en uso, en el que el acelerador de partículas es giratorio para permitir el movimiento del haz de salida por medio de un arco en uso, y en el que el medio de refrigeración se puede hacer funcionar para refrigerar la bobina superconductora mientras la bobina gira sobre su eje en dicho movimiento del acelerador de partículas en uso;

en el que el medio de refrigeración comprende:

una cámara criogénica (32) situada próxima a la al menos una bobina superconductora para contener el fluido criogénico en uso, y

una unidad de fluido criogénico de recondensación (29) en comunicación fluida con la cámara criogénica (32) , donde el fluido criogénico vaporizado puede fluir desde la cámara criogénica a la unidad de fluido criogénico de recondensación para recondensarse en uso antes de volver a la cámara criogénica;

caracterizado porque el medio de refrigeración comprende además el medio térmicamente conductor (40) dispuesto para facilitar la transferencia de calor desde la al menos una bobina superconductora (17) a la cámara criogénica (32) para vaporizar el fluido criogénico contenido en la misma en uso y de este modo retirar calor de la al menos una bobina superconductora, el medio térmicamente conductor es un conductor altamente térmico a temperaturas criogénicas; y

en el que el medio de refrigeración que incluye la cámara criogénica (32) , la unidad de recondensación (29) y el 35 medio térmicamente conductor está dispuesto para girar con la bobina (17) mientras la bobina gira sobre su eje.

2. El sistema de la reivindicación 1 en el que el soporte (2) está dispuesto para que sea giratorio sobre un eje de rotación del soporte, y el acelerador de partículas está montado en el soporte de modo que girará con el soporte sobre el eje de rotación del soporte en uso.

3. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el soporte es un pórtico (2) , giratorio sobre un eje de rotación horizontal.

4. El sistema de cualquier reivindicación anterior en el que el sistema es un sistema para suministrar tratamiento con

partículas cargadas, y en el que el sistema comprende además un soporte del paciente (7) , y el sistema está dispuesto de modo que el haz de salida pueda ser incidente sobre un objetivo en la región del soporte del paciente desde direcciones diferentes mientras el acelerador de partículas se mueve en uso.

5. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el medio conductor altamente térmico (40) está dispuesto para proporcionar un trayecto directo de conducción térmica entre una superficie de la bobina superconductora (17) y el interior de la cámara criogénica (32) .

6. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el medio conductor altamente térmico (40) está dispuesto de modo que puede conducir calor desde una parte de la cámara criogénica (32) que no contiene fluido criogénico

en uso a una parte de la cámara criogénica (32) que sí contiene fluido criogénico en uso mientras la bobina gira sobre su eje en uso.

7. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que la cámara criogénica (32) tiene una extensión circunferencial sobre el eje de la al menos una bobina superconductora (17) , y está situado axialmente y/o radialmente adyacente a la al menos una bobina superconductora (17) , y rodea circunferencialmente al menos de forma parcial la al menos una bobina superconductora (17) .

8. El sistema de cualquier reivindicación anterior en el que la cámara criogénica (32) se extiende

circunferencialmente al menos un 50 % alrededor del eje de la al menos una bobina superconductora (17) . 65

9. E sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema está dispuesto de modo que el fluido

criogénico recondensado puede volver a la cámara criogénica (32) bajo la influencia de la gravedad.

10. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema comprende demás el medio de soporte

externo (25) para soportar la bobina , el medio de soporte rodea circunferencialmente al menos de forma parcial la 5 bobina , en el que el medio de soporte está situado entre la bobina superconductora y la cámara criogénica.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el medio conductor altamente térmico (40) tiene una conductividad térmica mayor que el medio de soporte de bobina externo (25) .

12. El sistema de la reivindicación 10 o la reivindicación 11 en el que la cámara criogénica (32) está definida en parte por el medio de soporte de bobina externo (25) .

13. El sistema de cualquier reivindicación anterior, que comprende además fluido criogénico en la cámara criogénica (32) , y en el que la cámara contiene fluido criogénico líquido que llena la cámara criogénica hasta un nivel de menos 15 de un 50 % de la altura de la cámara.

14. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el medio de refrigeración se puede hacer funcionar para refrigerar la bobina mientras la bobina gira en un ángulo de al menos 90 grados con el movimiento del acelerador de partículas (1) .

15. Un método de funcionamiento de un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el método proporcionar un fluido criogénico en la cámara criogénica (32) , y hacer funcionar la bobina superconductora (17) , por lo que se conduce calor desde la bobina superconductora por el medio conductor altamente térmico (40) a la cámara criogénica (32) para vaporizar el fluido criogénico en ella y de este modo retirar calor de la bobina,

fluyendo el fluido criogénico vaporizado a la unidad de recondensación para recondensarse antes de volver a la cámara criogénica.