자기장 프로파일을 변경시키기 위한 수단을 포함하는 사이클로트론 및 관련된 방법{CYCLOTRON COMPRISING A MEANS FOR MODIFYING THE MAGNETIC FIELD PROFILE AND ASSOCIATED METHOD}
본 발명은 사이클로트론 및 가속화될 입자의 <<질량당 전하(charge-over-mass)>> 비율에 따라 사이클로트론 내의 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 방법에 관련된다.
사이클로트론들은 실험의 목적들을 위해 또는 방사선 요법을 위해 방사성 동위원소들을 산출하기 위해 사용되는, 양이온들(양성자들, 중양성자들, 헬륨핵, 알파 입자들 등) 또는 음이온들(H - , D - , 등) 같이 하전 입자들(charged particles)이 가속될 원형의 가속기들이다. 등시성(isochronous) 사이클로트론은 필수적으로 다음을 포함한다: - 사이클로트론의 중심 축에 수직인, 중앙 평면에 상대적으로 대칭으로 위치되고 하전 입자들의 순환을 위해 제공되는 간격에 의해 분리되는, 상부 극 및 하부 극을 포함하는 전자석, 상기 각각의 극들은 일반적으로 <<언덕들(hills)>>이라고 불리는 좁은 간격을 구비하는 영역들 및 일반적으로 <<골들(valleys)>>이라고 불리는 넓은 간격을 구비하는 영역들이 교대하도록 위치된 몇몇의 구역들을 포함함; - 상기 자기 회로를 폐쇄하기 위한 자속 반환들; - 상기 극들 사이의 간격 내에 본질적으로 일정한 주된 유도 자계를 발생시키기 위한 주된 유도 코일. 등시성 사이클로트론의 예시는 BE1009669호에서 설명된다. 등시성 사이클로트론에서, 자기장의 프로파일은 입자들의 회전 빈도가 일정하고 그것들의 에너지와 독립적이어야 한다. 입자들의 상대론적 질량 증가를 보정하기 위해, 평균 자기장은 이러한 등시성 상태를 확립하도록 반경이 증가해야 한다. 이러한 관계를 설명하기 위해, 자계 지수는 다음의 관계식(1)에 의해 정의된다: (1) 여기서 dB/B 및 dR/R은 각각 반경(R)에 대한 반경 그리고 자기장(B)의 상대적인 변화들이다. 자기장의 세기의 증가는 등식(2)에 의해 주어진 법칙에 따라 영향을 받는다: (2) 여기서, B(R)은 반경(R)의 원 주위에 평균 자기장; B 0 는 사이클로트론의 중심에서 자기장; q: 입자의 전하; m i : 정지 질량; 및 c: 광속. 다음의 본문에서, m i 는 핵자 질량(m N )에 의한 질량 수(A)의 산출에 의해 주어지는 입자의 질량(m)의 제 1 근사값으로 고려될 것이다. 특정의 등시성 사이클로트론들에서, 구역들은 특정된 <<질량당 전하>>(q/m)를 구비하는 입자들의 하나의 유형을 가속시키도록 기계 가공된다. 예를 들어 구역들이 <<질량당 전하>> 비율(q/m=½)을 구비하는 입자들을 가속시키기 위해 기계 가공되는 사이클로트론은 알파 입자들, 중양성자들 D - , HH + , 6 Li 3 + , 10 B 5+ 또는 12 C 6 + 또는 동일한 q/m 비율=½을 구비하는 다른 입자들을 가속시킬 수 있다. q/m=1의 비율을 구비하는 입자들의 다른 유형의 가속은 구역들이 이러한 유형의 입자들의 가속을 위해 기계 가공된 다른 사이클로트론의 사용을 요구한다. 등시성 사이클로트론에서 제 1 유형의 입자들을 가속시키는 제 1 자기장 프로파일에서 제 2 유형의 입자들을 가속시키기 위한 제 2 자기장 프로파일로 이루어질 수 있기는 하나, 특정된 분포에 따라 극들의 표면에 위치된, 자기장 조정을 위한 동심의 고리 모양의 코일들에 의해, 상기 각각의 동심의 코일들은 요구되는 추가적인 자기장을 유도하기 위해 특정 전류 발생기에 연결된다. 그러한 디바이스의 예시는 US 3,789,355호에 설명된다. 그러나, 특정 전류 발생기에 각각 연결된 코일들의 수, 이러한 코일들의 분포 및 요구되는 자기장을 얻기 위해 각각의 코일 내에 작용될 전류는 이러한 종류의 사이클로트론들의 이용 및 제작을 복잡하게 한다. IBA의 사이클론 18/9 같이 다른 사이클로트론들은 그것들의 다른 <<질량당 전하>> 비율(q/m)에 의해 특징지어지는 다른 유형들의 이온들을 가속시킬 수 있도록 설계되었다. 사이클론 18/9는 9MeV의 에너지로 중양자들(q/m=½), 18MeV의 에너지로 양성자들(q/m=1)을 가속시킬 수 있다. 등시성 자기장 프로파일은 가속될 입자들의 유형에 따라 조절될 수 있다. 도 1은 ½과 동일한 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들 및 1과 동일한 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키기 위해 사이클로트론 내에 입자의 평균 반경<R>에 대한 평균 자기장들<B>의 프로파일들을 도시한다. 등식(2)에 의해, 사이클로트론 내에 입자의 동일한 평균 반경에서, 평균 자기장은 중양성자들을 가속시키는 것보다 양성자들을 가속시키기 위해 클 것이다. IBA의 사이클론 18/9 및 사이클론 30/15의 경우에, 기계적인 수단은 사이클로트론의 중심에 가까운 영역에서 사이클로트론의 외주부로, 두 개의 반대되는 골들 내에, 연장하는 강자성 평판들을 지지한다. 양성자들을 가속시키기 위해, 상기 기계적인 수단은 요구되는 등시성 자기장 프로파일을 획득하게 하는 추가적인 자계를 제공하기 위해 사이클로트론의 중앙 평면에 근접하게 상기 강자성 평판들을 위치시킨다. 평균 반경에 따라 다른 평균 자기장 프로파일을 요구하는 중양성자들을 가속시키기 위해, 상기 강자성 평판들은 중양성자들을 가속시키기 위해 요구되는 등시성 자기장 프로파일을 획득하기 위해 그리고 추가적인 자기장의 세기를 억제하거나 감소시키기 위해 중앙 평면에 대해 상대적으로 멀리 이동된다. 저 에너지 사이클로트론들의 경우에, 비율(q/m=½)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 의도되는 자기장 프로파일에서 비율(q/m=1)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 의도되는 자기장 프로파일로 이루어지도록 자기장 상에 수행될 조정은 매우 넓은 추가적인 자기장의 적용을 요하지 않는다. 양성자들을 가속시키도록 고려되는 제 1 근사값에서, 평균 반경에 대한 평균 자기장의 프로파일은 10MeV의 <<단계(step)>> 당 약 1%까지 증가하는 것에 의해 변화된다. 평균 반경에 대한 평균 자기장의 프로파일은 중양성자들의 경우에 10MeV의 단계당 약 0.5%까지 증가한다. 예를 들어, 10MeV의 에너지에서 양성자들 및 5MeV의 에너지에서 중양성자들을 가속시킬 수 있는 10/5 사이클로트론에서, 사이클로트론의 중심에서 극들의 단부로 평균 자기장의 변화는 양성자에서 1% 그리고 중양성자에서 0.25% 이다. 이러한 경우에, 사이클론 18/9 및 사이클론 30/15에서 사용되는 것과 같이 상기 강자성 평판들은 양성자들을 가속시키기 위해 요구되는 추가적인 자기장을 산출하기에 충분하다. 70MeV에서 양성자들 그리고 35MeV에서 중양성자들을 가속시킬 수 있는 사이클로트론을 설계하도록 요구된다면 사이클로트론의 중심에서 극들의 단부를 향해 평균 자기장의 프로파일의 변화는 양성자들을 가속시키기 위해 약 7% 그리고 중양성자들을 가속시키기 위해 1.75%일 것이다. 중양성자들을 가속시키기 위해, 평균 반경에 대한 평균 자기장의 프로파일의 변화는 오직 구역들의 적절한 기계 가공, 즉 극들의 단부들에 근접한 언덕들의 방위각(azimuthal) 확대를 요한다. 중양성자들을 가속시키기 위한 이러한 해결책이 제조에 관한 매우 작은 문제들을 일으킨다면, 반면에 양성자들을 가속시키기 위해, 상기 강자성 평판들은 평균 반경에 대한 바람직한 평균 자기장 프로파일을 얻기 위해 충분히 추가적인 자기장을 감소시킬 수 있다. 상기 강자성 평판들을 구비하여, 등시성을 보장하기 위해 충분히 큰 추가적인 자기장을 산출할 수 없다. 반면, 두 개의 언덕들 사이에 포함되는 부피는 추가적인 자기장을 발생시키기 위해 상기 강자성 평판들의 방위각 확대를 허용하지 않는다. 사이클로트론들 및 그것들의 적용들에 대한 2007년 18번째 국제 컨퍼런스에서 <<IBA C70 사이클로트론을 위한 자기장 설계 및 계산>> S. Zaremba 외, 문서의 75-77페이지에서 입자들의 네 가지 유형들을 가속시킬 수 있는, C70 또는 사이클론 70이라고 불리는 등시성 사이클로트론의 개발을 설명한다: 70MeV의 에너지에서 알파 입자들(q/m=½) 및 양성자들(q/m=1) 뿐만 아니라, 35MeV의 에너지에서 HH + (q/m=½) 및 중양성자들(q/m=½). 이 문서는 바람직한 q/m 비율을 구비하는 입자들을 시뮬레이션하기 위해 두 개의 다른 등시성 자기장들에 따라 작동할 수 있는 사이클로트론을 얻기 위해 의도된 다른 해결책들을 설명한다. 이러한 사이클로트론 C70은 세 개의 대칭인 부분들로 나뉘고 중앙 평면에 평행인 언덕들을 포함한다: - 언덕의 기반을 형성하는 중앙 평면으로부터 멀리 떨어진 제 1 부분; - 특정 분포로 교정 코일들이 주위에 권선되는 극을 형성하는 제 2 중앙 부분; - 교정 코일들을 차폐시키기 위한 평판인, 중앙 평면에 가장 가까운 제 3 부분. 언덕들의 이러한 구성은 그럼에도 불구하고 복잡하고 코일들의 매우 정확한 분포뿐만 아니라 상기 세 부분들의 매우 정확한 정렬을 요한다. 집중적인 진공이 사이클로트론 내부에 요구되므로, 특히 음으로 충전된 입자들을 가속시키기 위해, 어셈블리는 다른 부분들의 이러한 오정렬(misadjustment) 산출 없이, 압력의 상당한 변화들을 지지할 수 있다. 또한, 사이클로트론에 진공의 적용 동안, 교정 코일들에서 가스 제거 문제들이 발생할 수 있으며, 후자는 언덕의 베이스 및 차폐 평판 사이에 제한된다. 마지막으로, 상기 평판의 기계적인 강도를 유지하는 동안 간격 내에 입자들을 가속시키는 데 유용한 자속 부분(fraction)이 충분하도록 차폐하는 평판의 두께를 최적화하는 것이 필요하다. 본 발명의 목적은 종래 기술의 결합을 가지지 않고, 다른 <<질량당 전하>> (q/m) 비율들을 구비하는 입자들을 유형들을 가속시킬 수 있는 사이클로트론을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 가속될 입자들의 유형의 q/m 비율에 따라 자기장의 프로파일을 교정하기 위한 수단을 구비하는 사이클로트론을 제공하는 것이며, 상기 수단은 종래 기술의 수단보다 간단한 실시예를 허용한다. 본 발명의 다른 목적은 가속될 입자들의 유형의 q/m 비율에 따라 자기장의 프로파일을 교정하기 위한 수단을 구비하는 사이클로트론을 제공하는 것이며, 상기 수단은 고 에너지 사이클로트론들에 대한 매체의 경우에 충분히 추가적인 자기장을 산출할 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 사이클로트론의 내부 진공을 혼란시키지 않고 자기장 프로파일을 교정하기 위한 수단을 구비하는 사이클로트론을 제공하는 것이다.
본 발명은 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 1 빔 또는 상기 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)보다 작은 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 2 빔을 산출할 수 있는 사이클로트론에 관련되며, 상기 사이클로트론은 다음을 포함한다: - 사이클로트론의 중심 축에 수직한 중앙 평면에 대해 상대적으로 대칭으로 위치되고 하전 입자들의 순환을 위해 제공되는 간격에 의해 분리되는 바람직하게 상부 극 및 하부 극인 두 개의 극들을 포함하는 전자석, 상기 각각의 극들은 <<언덕>>이라고 불리는 좁은 간격을 구비하는 영역들 및 <<골>>이라고 불리는 넓은 간격을 구비하는 영역들이 교대하도록 위치된 몇몇의 구역들을 포함함; - 상기 극들 사이의 간격 안에 본질적으로 일정한 주된 유도 자계를 발생시키기 위한 주된 유도 코일; 및 - 상기 골들 중의 하나 안에 존재하고 사이클로트론의 중심에 가까운 영역에서 외주부로 방사상으로 연장하는 강자성부를 포함하고, 가속된 입자들의 상기 <<질량당 전하>> 비율에 따라 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 수단, 상기 강자성부는 상기 골의 바닥과 자기 회로를 형성하여, 상기 제 1 질량당 전하 비율(q/m)을 구비하는 상기 제 1 빔의 입자들을 가속시키기 위한 충분히 넓은 추가적인 자기장을 발생시킴; 다음을 특징으로 한다: - 상기 제 2 질량당 전하 비율(q/m)'을 구비하는 상기 제 2 빔의 입자들을 가속시키기 위해 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키고 상기 주된 유도 코일에 의해 상기 강자성부 내에 유도된 자기장에 반대되는 자기장을 유도할 수 있도록 상기 강자성부 주위에 위치된 이차 유도 코일.
바람직하게, 이차 유도 코일은 상기 주된 유도 코일에 대해 평행으로 상기 강자성부 주위에 위치된다. 바람직하게, 상기 강자성부는 다음을 포함한다: - 상기 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하여, 간격을 형성하는 제 1 부분; 및 - 상기 제 1 부분을 지지하는 강자성 물질 내에 만들어진 지주를 포함하는 제 2 부분. 바람직하게, 상기 이차 유도 코일은 상기 지주를 둘러싼다. 바람직하게, 사이클로트론은 두 개의 반대되는 골들 내에 위치된 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게, 사이클로트론은 다음을 특징으로 한다: - 골의 바닥 내에 위치되어, 상기 지주 또는 상기 강자성부의 전체를 통과시키는 구멍; 및 - 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 상기 중앙 평면으로부터 멀리 이동시키거나 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 상기 중앙 평면에 가까이 이동시키는 기계적인 디바이스. 다른 측면에 따라, 본 발명은 가속된 하전 입자들의 빔을 산출하기 위한 방법에 관련되며 다음을 특징으로 한다: - 청구항들 중 어느 한 항에 따른 사이클로트론이 상기 가속된 하전 입자들의 빔을 산출하기 위해 사용되고; 및 - 전류의 세기가 가속될 입자들의 <<질량당 전하>> 비율에 따라 상기 이차 유도 코일 내에서 조절되거나 조정됨. 바람직하게, 방법은 다음을 특징으로 한다: - 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 1 빔이 상기 이차 유도 코일 내에 전류의 작용 없이, 상기 사이클로트론에 의해 산출되고; 및/또는 - 상기 주된 유도 자계에 반대되는 자기장을 유도하도록, 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 2 빔이 상기 이차 유도(1) 내에 전류의 작용에 의해 상기 사이클로트론에 의해 산출되며, 상기 제 1 질량당 전하 비율(q/m)은 상기 제 2 질량당 전하 비율(q/m)'보다 큼. 바람직하게, 방법은 다음을 특징으로 한다: 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 제 1 빔의 가속에서 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들의 제 2 빔의 가속으로 이루어지면 상기 주된 유도 자계에 반대되는 자기장을 유도하도록 전류가 상기 이차 유도 코일 내에 작용됨. 바람직하게, 방법은 다음을 특징으로 한다: - 상기 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들의 제 2 빔의 가속에서 상기 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 제 1 빔의 가속으로 전환되면 상기 이차 유도 코일 내에 전류의 통과를 폐쇄시킴. 바람직하게, 방법은 입자들의 빔이 방사성 동위원소 전구체를 포함하는 표적 위에서 가속되는 것을 특징으로 한다. 마지막 측면에 따라, 본 발명은 또한 전술한 것과 같은 사이클로트론의 또는 방사성-동위원소들을 산출하기 위한 전술한 것과 같은 방법의 또는 이용 방법에 관련된다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 양성자 및 중양성자들을 가속시키기 위해, 입자의 평균 반경<R>에 대하여 등시성(isochronous) 사이클로트론 내에 적용될 평균 자기장 프로파일<B>을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사이클로트론의 중앙 평면에 수직한 평면을 따라 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 사이클로트론의 중앙 평면을 따라 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 사이클로트론의 중앙 평면에 수직한 평면을 따라 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 사이클로트론의 일부의 3차원 도면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 중앙 평면에 수직한 평면을 따라 개략적인 단면도를 도시한다.
본 발명의 디바이스는 <<질량당 전하(charge-over-mass)>> 비율(q/m)에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 빔 또는 상기 <<질량당 전하>> 비율(q/m)보다 작은 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'에 의해 정의된 가속된 입자들의 빔을 산출할 수 있는 사이클로트론(cyclotron)이다. 상기 사이클로트론은, 예를 들어 알파 입자들, 중양성자들, HH + , +6 Li 3 + , 10 B 5+ 또는 12 C 6 + 또는 같은 비율 (q/m)'= ½의 다른 입자들 같이, ½과 동일한 비율(q/m)'을 구비하는 입자들 또는 양성자들 같이 1과 동일한 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시킬 수 있다. 본 발명에 따른 상기 사이클로트론은 도 2 내지 6에 도시된다. 상기 사이클로트론은 다음을 포함하는 자기 회로를 포함한다: - 사이클로트론의 중심 축(12)에 수직인 중앙 평면(13)에 대해 상대적으로 대칭으로 위치되며, 하전 입자들의 순환을 위해 제공된 간격(14)에 의해 분리되는, 상부 극 및 하부 극 같은 두 개의 극들을 포함하는 전자석, 상기 각각의 극은 <<언덕들(hills)>(5)이라고 불리는 좁은 간격을 구비하는 영역들 및 <<골들(valleys)>>(4)이라고 불리는 넓은 간격을 구비하는 영역들이 교대하도록 위치된 몇몇의 구역들을 포함함; - 상기 자기 회로를 폐쇄하기 위한 자속 반환들(flux returns; 7); - 상기 극들 사이에서 간격(14) 내에 본질적으로 일정한 주된 유도 자계를 발생시키기 위한 주된 유도 코일(6); 및 - 가속될 입자들의 유형의 q/m 비율에 따라 자기장 프로파일(profile)을 변경시키기 위한 수단. 상기 사이클로트론은 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 상기 수단이 다음을 포함하는 것을 특징으로 한다: - 일반적으로 연철로 만들어지고, 상기 골들(4) 중 하나 내에 존재하며, 사이클로트론의 중심에 가까운 영역에서 외주부로 연장하는 강자성부(ferromagnetic part; 2), 상기 강자성부(2)는 상기 골의 바닥과 함께 자기 회로를 형성하여 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키기 위해 충분히 넓은 추가적인 자기장을 발생시킴; - <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록, 상기 강자성부(2)에 의해 제공된 추가적인 자기장을 감소시키는 수단. 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 상기 수단에서, 상기 강자성부(2)는 후자의 일부 또는 전체가 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하는 한 다른 형상들이 취해질 수 있다. 예를 들어, 상기 강자성부(2)는 다음을 포함할 수 있다: - 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하여, 간격을 형성하는 제 1 부분; 및 - 상기 제 1 부분을 지지하고 자속 반환들(7)에 연결되는, 강자성 지주(pillar; 3)를 포함하는 제 2 부분. 상기 사이클로트론은 예를 들어 반대되는 골들(4) 내에 위치된 자기장 프로파일을 변경시키기 위한 두 개의 수단을 포함할 수 있다. 두 개의 다른 반대되는 골들은 (도시되지 않은) <<다이스(dice)>>라고 일반적으로 불리는 가속 전극들(acceleration electrodes)을 포함한다. 예를 들어, 상기 사이클로트론은 네 개의 언덕들(5)을 포함할 수 있으며, 각각의 언덕들(5)은 골들(4)에 의해 서로로부터 분리된다. 본 발명의 이러한 비-제한적인 예시에서, 사이클로트론의 구역들은 다이스를 포함하는 두 개의 다른 골들 및 자기장을 변경시키기 위한 상기 수단을 포함하는 두 개의 반대되는 골들(4)을 구비하여, 순서(4)의 대칭에 따라 배치된다. 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 상기 수단은 추가적인 자기장의 분포를 감소시키며, 다음을 포함한다: - 골의 바닥 내에 위치되어, 상기 지주(3) 또는 상기 강자성부(2)의 전체를 통과시키는 구멍(aperture; 15); 및 - <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부(2)를 중앙 평면으로부터 멀리 이동시키거나 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부(2)를 중앙 평면에 가까이 이동시키는 기계적인 수단(16). 도 3 및 4에 도시된 제 2 실시예에서, 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 상기 수단은 상기 주된 유도 코일(6)에 대해 평행으로 상기 강자성부(2) 주위에 위치된 이차 유도 코일(1)을 포함한다. 상기 이차 유도 코일(1)은 상기 주된 유도 코일(6)에 의해 상기 강자성부 내에 유도된 자기장에 반대되는 자기장을 유도시키는 반-전류의(counter-current) 가능성을 제공하는 전력 공급 디바이스(11)에 연결된다. 도 5 및 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에서, 상기 강자성부(2)는, 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하여, 간격을 형성하는 제 1 부분; 및 상기 제 1 부분을 지지하고 자속 반환들(7)에 연결되는, 강자성 지주(3)를 포함하는 제 2 부분; 을 포함하고, 상기 이차 유도 코일(1)은 상기 지주(3)를 둘러싸고 상기 주된 유도 코일(6)과 평행으로 위치된다. 이차 유도 코일(1) 내의 전류의 통과에 의한 과열을 피하기 위해, 후자는 그것의 냉각을 허용하는 (도시되지 않은) 냉각 요소에 의해 둘러싸일 수 있다. 상기 이차 유도 코일(1)은 사이클로크론 내에 진공이 발생될 때 전환부들(turns)에서 가스 제거(degassing) 문제들을 피할 수 있는 금속 프레임에 의해 둘러싸일 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 사이클로트론은 다음을 포함한다: - 상기 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하여, 간격을 형성하는 제 1 부분; 및 - 상기 제 1 부분을 지지하는 강자성 물질로 만들어진 지주를 포함하는 제 2 부분. 바람직하게, 본 발명에 따른 사이클로트론은 두 개의 반대되는 골들 내에 위치된 자기장 프로파일을 조정하기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게, 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 상기 수단은 다음을 포함한다: 골의 바닥 내에 위치되며, 상기 지주 또는 상기 강자성부의 전체를 통과시키는 구멍; 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 중앙 평면으로부터 멀리 이동시키거나 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 중앙 평면에 가까이 이동시키는 기계적인 디바이스. 바람직하게, 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 상기 수단은 다음을 포함한다: - 상기 강자성부 내에 유도된 자기장에 반대되는 자기장을 유도하는 전류가 상기 주된 코일을 통과하게 하는 전력 공급 수단에 연결되고 상기 주된 유도 코일에 평행으로 상기 강자성부 주위에 위치된 이차 유도 코일. 바람직하게, 상기 이차 유도 코일은 상기 지주를 둘러싼다. 본 발명은 또한 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 1 빔 또는 상기 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)보다 작은 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'에 의해 정의된 가속된 하전 입자들의 제 2 빔을 산출할 수 있는 사이클로트론 내에 자기장 프로파일을 조정하기 위한 방법에 관련되며, 상기 사이클로트론은 자기 회로를 포함하고, 상기 자기 회로는, - 사이클로트론의 중심 축에 수직한 중앙 평면에 상대적으로 대칭으로 위치되며, 하전 입자들의 순환을 위해 제공되는 간격에 의해 분리되는, 상부 극 및 하부 극 같이, 두 개의 극들을 포함하는 전자석, 상기 각각의 극은 중앙 평면 내에 상기 빔의 재초점(refocusing)을 확실히 하도록 <<골들>>이라고 불리는 넓은 간격을 구비하는 영역들 및 <<언덕들>>이라고 불리는 좁은 간격을 구비하는 영역들을 교대로 구비하도록 위치된 몇몇의 구역들을 포함함; 상기 자기 회로들을 폐쇄하기 위한 자속 반환들; 상기 극들 사이의 간격 내에 본질적으로 일정한 주된 유도 자계를 발생시키기 위한 주된 유도 코일; 가속될 입자의 유형의 비율(q/m)에 따라 자기장 프로파일을 조정하기 위한 수단; 을 포함하고, 자기장의 프로파일을 조정하기 위한 수단이 다음을 포함하여 제공되는 것을 특징으로 한다: 상기 골들 중의 하나 내에 포함되며 사이클로트론의 중심에 가까운 영역에서 외주부로 방사상으로 연장하는 강자성부, 상기 강자성부는 상기 골의 바닥과 함께 자기 회로를 형성하여 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 제 1 빔의 입자들을 가속시키기 위해 충분히 넓은 추가적인 자기장을 발생시킴; 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 제 2 빔의 입자들을 가속시키도록, 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 수단. 바람직하게, 상기 강자성부는 다음을 포함한다: 상기 사이클로트론의 중심에서 외주부로 연장하여, 간격을 형성하는 제 1 부분; 및 상기 제 1 부분을 지지하고 강자성 물질로 만들어진 지주를 포함하는 제 2 부분. 바람직하게, 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 상기 수단은 다음을 포함한다: - 골의 바닥 내에 위치되어, 상기 지주 또는 상기 강자성부의 전체를 통과시키는 구멍; - 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 중앙 평면으로부터 멀리 이동시키거나 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키도록 요구될 때 상기 강자성부를 중앙 평면에 가까이 이동시키는 기계적인 디바이스. 더 바람직하게, 상기 강자성부에 의해 제공된 추가적인 자기장의 분포를 감소시키는 상기 수단에서, 제공은 다음과 같이 이루어진다: - 상기 주된 유도 코일에 대해 평행으로 상기 강자성부 주위에 위치되고 상기 강자성부 내에 유도된 자기장에 반대되는 자기장을 유도하는 전류가 상기 주된 코일을 통과하게 하는 전력 공급 수단에 연결된 이차 유도 코일. 바람직하게, 전류의 세기는 가속될 입자의 <<질량당 전하>> 비율에 따라 상기 이차 유도 코일 내에서 조절되거나 조정된다. 더 바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 상기 이차 유도 코일 내에 전류의 작용 없이, 상기 사이클로트론으로 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)에 의해 정의된 가속된 입자들의 제 1 빔을 산출하기 위한 단계 또는 상기 주된 유도 자계에 반대되는 자기장을 유도하도록 상기 이차 유도 코일 내에 전류를 작용하는 것에 의해 상기 사이클로트론으로 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'에 의해 정의된 입자들의 제 2 빔을 산출하기 위한 단계를 포함하며, 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)은 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'보다 크다. 더 바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 제 1 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 제 1 빔의 가속에서 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들의 제 2 빔의 가속으로 전환하면 상기 주된 유도 자계에 반대되는 자기장을 유도하도록 상기 이차 유도 코일 내에 전류를 작용하는 단계, 또는 제 2 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들의 제 2 빔의 가속에서 << 질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 제 1 빔의 가속으로 전환하면 상기 이차 유도 코일 내에 전류의 흐름을 폐쇄하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 입자들의 빔은 방사성 동위원소 전구체(radio isotope precursor)를 포함하는 표적 위에서 가속된다. 본 발명은 또한 방사성 동위원소를 산출하기 위한 상기 사이클로트론 또는 상기 방법의 이용방법에 관련된다. 본 발명의 사용의 예시 본 발명에 따른 등시성 사이클로트론에서, 예를 들어 양성자들(q/m=1) 또는 중양성자들(q/m=½) 같이 가속될, <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 유형을 선택할 수 있으며, 다른 입자들 또한 가속될 수 있다. 70MeV의 에너지로 양성자들을 가속시킬 수 있는 등시성 사이클로트론의 비-제한적인 예시에서, 두 개의 반대되는 골들 내에 상기 강자성부(2)의 위치는, 상기 주된 유도 코일(6)에 의해 유도된 자기장의 자속 라인들에 영향을 미치며 양성자들을 가속시키기 위해 요구되는 등시성 자기장을 획득할 수 있는 추가적인 자기장을 제공한다. 35MeV의 에너지에서, ½과 동일한 <<질량당 전하>> 비율을 구비하는 다른 입자들 또는 중양성자들을 가속시키기 위해 동일한 사이클로트론을 구비하도록 요구된다면, 자기장의 프로파일은 도 1에 도시된 것과 같이 등시성 자기장 프로파일을 획득하기 위해 변경되어야 한다. 따라서 상기 강자성부(2)에 의해 제공된 추가적인 자기장은 감소되어야 한다. 이는 ½과 동일한 <<질량당 전하>> 비율을 구비하는 입자들 또는 중양성자들을 가속하기 위해 요구되는 등시성 자기장을 얻기 위해, 상기 주된 유도 코일(6)에 의해 유도된 주된 자기장에 반대되는 자기장을 발전시키는 반-전류를 상기 이차 유도 코일(1) 내에 작용하는 것에 의해 획득될 수 있다. 1 및 ½의 <<질량당 전하>> 비율들은 본 발명에 대한 한정이 아니며, 다른 <<질량당 전하>> 비율들이 고려될 수 있다. 본 발명과 함께, 구역들에서 복잡한 권선 및 기계 시스템에 의지하는 것을 피할 수 있다. 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예들은 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들의 하나의 유형을 가속하는데 요구되는 등시성 자기장에서 다른 것으로 지나기 위해 모바일(mobile) 시스템에 의지하는 것을 피할 수 있게 한다. 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예들의 다른 실질적인 이점은 극들의 대략적인 기계 가공의 경우에, 원하는 등시성 자기장을 정확하게 획득하도록 이차 유도 코일(1) 내에 전류를 변화시키는 것에 의해 자기장을 항상 조정할 수 있다는 것이다. 본 발명은 방사성 동위원소들을 산출하기 위해 표적 위에 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 이용방법에서, 상기 사이클로트론은 방사성 동위원소 전구체를 포함하는 표적 위에서 예를 들어 양성자들 같이 1과 동일한 <<질량당 전하>> 비율(q/m)을 구비하는 입자들을 가속시키기 위해 사용될 수 있다. 제 2 이용방법에서, 상기 사이클로트론에서 자기장은 방사성 동위원소 전구체를 포함하는 표적 위에서, 예를 들어 중양성자들 같이 ½과 동일한 <<질량당 전하>> 비율(q/m)'을 구비하는 입자들을 가속시키도록 변경될 수 있다.
1: 이차 유도 코일
2: 금속부
3: 지주
4: 골
5: 언덕
6: 주된 유도 코일
7: 자속 반환
9: 펌핑 홀
11: 전력 공급 수단
12: 중앙 회로
13: 중앙 평면
14: 간격
15: 구멍
16: 기계적인 수단 |
