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▶ イオン ビーム アプリケーションズ ソシエテ アノニム （アイビーエイ）の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6227823
(24)【登録日】2017年10月20日
(45)【発行日】2017年11月8日
(54)【発明の名称】サイクロトロン用の磁極およびサイクロトロン
(51)【国際特許分類】
H05H 13/00 20060101AFI20171030BHJP
【ＦＩ】
H05H13/00
【請求項の数】15
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2017-94426(P2017-94426)
(22)【出願日】2017年5月11日
【審査請求日】2017年5月16日
(31)【優先権主張番号】16169489.8
(32)【優先日】2016年5月13日
(33)【優先権主張国】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】312005245
【氏名又は名称】イオン ビーム アプリケーションズ ソシエテ アノニム （アイビーエイ）
【氏名又は名称原語表記】Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓ．Ａ
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】アブス ミシェル
(72)【発明者】
【氏名】ザレンバ シモン
【審査官】
藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０９−１１５６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０２５７９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
英国特許出願公告第０１４８５３２９（ＧＢ，Ａ）
【文献】
S.Zaremba，Magnets for cyclotrons，CERN Accelerator School and KVI，NL，CERN，２００５年，pp.253-270
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０５Ｈ １３／００
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心軸Ｚの周囲に交互に分散された少なくとも３個の山セクタ（３）と、同じ数の谷セクタ（４）とを含むサイクロトロン（１）用の磁極（２）であって、各山セクタが上表面（３Ｕ）を含み、前記上表面（３Ｕ）が、
− 第１および第２の上側遠位端（３ｕｄｅ）によって境界を定められ、かつ前記中心軸から最も遠くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側周囲縁部（３ｕｐ）、
− 第１および第２の上側近位端（３ｕｐｅ）によって境界を定められ、かつ前記中心軸の最も近くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側中心縁部（３ｕｃ）、
− 前記第１の上側遠位端および第１の上側近位端を接続する第１の上側側縁部（３ｕｌ）、
− 前記第２の上側遠位端および第２の上側近位端を接続する第２の上側側縁部（３ｕｌ）
によって画定される、磁極（２）において、
少なくとも１つの山セクタの前記上表面が、
− 前記上側周囲縁部および前記上側中心縁部と交差する長手方向軸（８ｒｌ）に沿って近位端（８ｒｐｅ）と遠位端（８ｒｄｅ）との間の長さ（Ｌ８）にわたって延在する窪み（８）であって、その長さの少なくとも８０％にわたって前記第１および第２の上側側縁部から離されている窪み（８）と、
− 前記窪みに嵌まり込む形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサート（９）と
をさらに含むこと特徴とする、磁極（２）。
− 第１および第２の上側遠位端（３ｕｄｅ）によって境界を定められ、かつ前記中心軸から最も遠くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側周囲縁部（３ｕｐ）、
− 第１および第２の上側近位端（３ｕｐｅ）によって境界を定められ、かつ前記中心軸の最も近くに配置された前記上表面の縁部として画定される上側中心縁部（３ｕｃ）、
− 前記第１の上側遠位端および第１の上側近位端を接続する第１の上側側縁部（３ｕｌ）、
− 前記第２の上側遠位端および第２の上側近位端を接続する第２の上側側縁部（３ｕｌ）
によって画定される、磁極（２）において、
少なくとも１つの山セクタの前記上表面が、
− 前記上側周囲縁部および前記上側中心縁部と交差する長手方向軸（８ｒｌ）に沿って近位端（８ｒｐｅ）と遠位端（８ｒｄｅ）との間の長さ（Ｌ８）にわたって延在する窪み（８）であって、その長さの少なくとも８０％にわたって前記第１および第２の上側側縁部から離されている窪み（８）と、
− 前記窪みに嵌まり込む形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサート（９）と
をさらに含むこと特徴とする、磁極（２）。
【請求項2】
請求項１に記載の磁極において、前記窪みが前記上側周囲縁部まで延在することを特徴とする、磁極。
【請求項3】
請求項１または２に記載の磁極において、前記窪みが前記上側中心縁部まで延在することを特徴とする、磁極。
【請求項4】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁極において、前記極インサートが角柱状の形状を有する部分を含むことを特徴とする、磁極。
【請求項5】
請求項４に記載の磁極において、前記極インサートの前記角柱状部分の前記長手方向軸（８ｒｌ）に対して垂直な断面が、前記上表面から集束する側表面を有する台形であることを特徴とする、磁極。
【請求項6】
請求項４または５に記載の磁極において、前記極インサートが、前記角柱状部分に隣接する近位部分（９ｐ）を有し、前記近位部分の前記長手方向軸（８ｒｌ）に対して垂直な断面の面積が、前記極インサートの近位端に向かって減少し、前記近位部分（９ｐ）が前記上側中心縁部全体を含み、かつ対応する山セクタの前記第１および第２の上側側縁部と面一であることを特徴とする、磁極。
【請求項7】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の磁極において、前記極インサートが、前記長手方向軸（８ｒｌ）と平行に測定される長さ（Ｌ９）と、前記長手方向軸に対して垂直に測定される幅（Ｗ９）とを有し、かつインサート上表面と、第１および第２のインサート側表面とを含み、少なくとも１つの表面が一連の窪みおよび突起（９ｇｕ、９ｇｌ、９ｈｕ、９ｈｌ）によって構造化されることを特徴とする、磁極。
【請求項8】
請求項７に記載の磁極において、前記窪みおよび突起が溝（９ｇｕ、９ｇｌ）および／または穴（９ｈｕ、９ｈｌ）であり、前記溝が、前記長手方向軸を横切るかまたは前記長手方向軸と平行であるかの何れかであり、かつ直線、曲線または破線に沿って延在し、前記穴が止まり穴または通し穴であることを特徴とする、磁極。
【請求項9】
請求項７または８に記載の磁極において、前記窪みおよび突起が、前記極インサートの前記幅全体にわたって前記長手方向軸に対して垂直に延在することを特徴とする、磁極。
【請求項10】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の磁極において、各山セクタが、前記上表面と前記谷セクタとの間で前記中心軸Ｚと平行に測定される平均高さＨｈを有し、前記極インサートが、前記中心軸Ｚと平行に測定され、かつ山セクタの前記平均高さＨｈの２０〜８０％に含まれる高さ（Ｈ９）を有することを特徴とする、磁極。
【請求項11】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の磁極において、前記山セクタが、前記第１および第２の上側遠位端の間で測定される方位角長さＡｈを有し、前記極インサートが、前記長手方向軸に対して垂直に測定される幅（Ｗ９）を有し、前記極インサートの前記幅が、前記山セクタの前記方位角長さの１５％以下であることを特徴とする、磁極。
【請求項12】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の磁極において、各谷セクタが底表面を含み、かつ各山セクタが第１および第２の側表面（３Ｌ）を含み、前記第１および第２の側表面（３Ｌ）が、前記第１および第２の上側側縁部から、山セクタの両側に位置する対応する谷セクタの前記底表面まで横切って延在する表面として画定され、前記第１および第２の上側側縁部が、それぞれ前記第１および第２の上側側縁部の高さに面取り部を形成することを特徴とする、磁極。
【請求項13】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の磁極において、前記第１および第２の上側側縁部が直線であることを特徴とする、磁極。
【請求項14】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の磁極において、前記長手方向軸が、前記第１および第２の上側遠位端から等距離±１０％に配置された前記上側周囲縁部の地点で前記上側周囲縁部と交差することを特徴とする、磁極。
【請求項15】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の第１および第２の磁極を含むサイクロトロンにおいて、前記第１および第２の磁極が、それらのそれぞれの上表面が互いに向き合い、かつ前記第１および第２の磁極の前記中心軸に対して垂直な中間面に対して対称に向いた状態で配置され、前記中心軸が同軸であることを特徴とする、サイクロトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はサイクロトロンに関する。特に、本発明は、２つの磁極の２つの対向する山セクタ間に生成された磁場の向上した細かいチューニング制御を有する等時性セクタ収束型サイクロトロンに関する。
【背景技術】
【0002】
サイクロトロンは一種の円形粒子加速器であり、そこでは負または正に帯電した粒子がサイクロトロンの中心から外側へ、螺旋状経路に沿って数ＭｅＶのエネルギーまで加速される。別段の指示のない限り、用語「サイクロトロン」は、以下、等時性サイクロトロンに言及するために使用される。サイクロトロンは様々な分野、例えば核物理学において、陽子治療などの医療的処置において、または放射性薬理学において使用される。特に、サイクロトロンは、ＰＥＴ画像作成（陽電子放出断層撮影）に好適な短寿命陽電子放出同位元素を生成するために、またはＳＰＥＣＴ画像作成（単一光子放射型コンピュータ断層撮影）用にガンマ放出同位元素、例えばＴｃ９９ｍを生成するために使用可能である。
【0003】
サイクロトロンはいくつかの要素を含み、それらには、入射システム、荷電粒子を加速するための高周波（ＲＦ）加速システム、加速された粒子を正確な経路に沿って案内するための磁気システム、そのようにして加速された粒子を収集するための取出しシステム、およびサイクロトロン内に真空を生成し維持するための真空システムが含まれる。
【0004】
荷電イオンから構成された粒子ビームは、相対的に低い初期速度で入射システムによってサイクロトロンの中心またはその近くでギャップに導入される。図３に示されるように、この粒子ビームは連続的かつ反復的にＲＦ加速システムによって加速され、磁気システムによって発生される磁場により、ギャップ内に含められた螺旋経路に沿って外に向かって案内される。粒子ビームはその目標エネルギーに達すると、取出し地点ＰＥに設けられた取出しシステムによってサイクロトロンから取り出され得る。この取出しシステムは、例えば、グラファイトの薄いシートから構成された抜取機を含むことができる。例えば、抜取機を通過するＨ−イオンは２つの電子を失い、陽性になる。その結果として、磁場のそれらの経路の曲率がそのサインを変化させ、そのようにして粒子ビームはターゲットに向かってサイクロトロンから放出される。当業者に周知の他の取出しシステムが存在する。
【0005】
磁気システムは磁場を生成し、磁場は、荷電粒子のビームを、それがその目標エネルギーに加速されるまで、螺旋経路に沿って案内かつ収束する。以下、用語「粒子」、「荷電粒子」および「イオン」は、同義語として区別せずに使用される。磁場は、２つの磁極間に画定されたギャップ内に、これら磁極の周囲に巻かれた２つのソレノイド巻きコイル１４によって生成される。サイクロトロンの磁極は、中心軸の周囲に分散された交互に存在する山セクタと谷セクタとに分割されることが多い。２つの磁極間のギャップは、山セクタにおいてより小さく、谷セクタにおいてより大きい。そのようにして強い磁場が山セクタ内の山ギャップ部分中に生成され、より弱い磁場が谷セクタ内の谷ギャップ部分中に生成される。そのような方位角磁場変化は、粒子ビームが山ギャップ部分に達するたびに、粒子ビームの半径方向および垂直方向の収束をもたらす。このため、そのようなサイクロトロンは時にセクタ収束型サイクロトロンと称される。いくつかの実施形態では、山セクタは、一切れのケーキと同様の円形セクタの形状を有し、中心軸に向かって実質的に半径方向に延在する第１および第２の側表面と、全体的に湾曲した周囲表面と、中心軸に隣接する中心表面と、山ギャップ部分の片側を画定する上表面とを有する。上表面は第１および第２の側縁部と、周囲縁部と、中心縁部とによって境界を定められる。
【0006】
完全に予測可能な磁場を生成する磁極の対を製造することは難しい。その原因は、とりわけ、磁極に使用される鋼中の欠陥およびまたは不均一性、機械加工精度、ならびに鋼の異なるバッチ間の差異である。このため、山セクタの１つの側縁部は、側方極インサートを収容するために切断されることが多い。較正試験の結果、前記側方極インサートは取り外され、その上表面および／または側表面のトポグラフィを修正するために機械加工され、山セクタに再配置される。この作業は、実際の磁場の修正を可能にし、それが目標とする磁場に一致するまで繰り返される。側方極インサートの取外し、機械加工および再配置を含むこれらの反復的な修正は、時間がかかりまた煩雑である可能性がある。これは特に、全ての山セクタの側方極インサートに同じ作業を同様に実行しなければならないため、そのように言える。
【0007】
従って、目標とする特性に一致するように、山セクタ間の山ギャップ部分に形成された磁場の容易かつ費用対効果に優れた細かいチューニングを可能にする等時性セクタ収束型サイクロトロンを提供する必要性が当該技術分野に依然として残っている。
【発明の概要】
【0008】
本発明は添付の独立請求項中で定義される。好ましい実施形態は従属請求項中で定義される。
【0009】
本発明は、中心軸Ｚの周囲に交互に分散された少なくとも３個の山セクタと、同じ数の谷セクタとを含むサイクロトロン用の磁極であって、各山セクタが上表面を含み、前記上表面が、・第１および第２の上側遠位端によって境界を定められ、かつ中心軸から最も遠くに配置された上表面の縁部として画定される上側周囲縁部、
・第１および第２の上側近位端によって境界を定められ、かつ中心軸の最も近くに配置された上表面の縁部として画定される上側中心縁部、
・第１の上側遠位端および第１の上側近位端を接続する第１の上側側縁部、
・第２の上側遠位端および第２の上側近位端を接続する第２の上側側縁部
によって画定される、磁極において、
少なくとも１つの山セクタの上表面が、
・上側周囲縁部および上側中心縁部と交差する長手方向軸に沿って近位端と遠位端との間の長さにわたって延在する窪みであって、その長さの少なくとも８０％にわたって第１および第２の上側側縁部から離されている窪みと、
・前記窪みに嵌まり込む形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサートと
をさらに含むことを特徴とする、磁極に関する。
【0010】
窪みは好ましくは上側中心縁部までおよび／または上側周囲縁部まで延在する。
【0011】
極インサートの形状は重要である。極インサートは好ましくは角柱状または平行六面体の形状を有する部分を含む。
【0012】
極インサートの窪みへの挿入を容易にするために、極インサートの角柱状部分の長手方向軸に対して垂直な断面は、上表面から集束する側表面を有する台形であることが好ましい。
【0013】
製造上の理由で、極インサートは、中心軸に向かって集束する近位部分を有することができ、前記近位部分は上側中心縁部全体を含み、かつ第１および第２の側縁部と面一である。
【0014】
好ましくは、極インサートは、長手方向軸と平行に測定される長さと、前記長手方向軸に対して垂直に測定される幅とを有し、かつインサート上表面と、第１および第２の側表面とを含み、少なくとも１つの表面は一連の窪みおよび突起によって構造化される。これらの構造は、数値的に予測される目標の特性を得るために磁場を修正することを可能にする。
【0015】
これらの窪みおよび突起は溝および／または穴であり、前記溝は、長手方向軸を横切るかまたは長手方向軸と平行であるかの何れかであり、かつ直線、曲線または破線に沿って延在し、前記穴は止まり穴または通し穴である。
【0016】
窪みおよび突起は、極インサートの幅全体にわたって長手方向軸に対して垂直に延在することができる。
【0017】
磁極の山セクタは、上表面と谷セクタとの間で中心軸Ｚと平行に測定される高さＨｈを有し、極インサートは、中心軸Ｚと平行に測定され、かつ山セクタの高さＨｈの２０〜８０％、より好ましくは山セクタの高さの３０〜７０％、最も好ましくは４０〜６０％に含まれる高さを有する。
【0018】
山セクタは、第１および第２の上側遠位端の間で測定される方位角長さＡｈを有し、極インサートの幅は、山セクタの方位角長さの１５％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。
【0019】
好ましくは、各谷セクタは底表面を含み、かつ各山セクタは第１および第２の側表面を含み、第１および第２の側表面は、第１および第２の上側側縁部から、山セクタの両側に位置する対応する谷セクタの底表面まで横切って延在する表面として画定され、それぞれ第１および第２の側縁部に面取り部を形成する。
【0020】
好ましくは、磁極の山セクタの第１および第２の側縁部は直線である。
【0021】
対称性のため、長手方向軸は、第１および第２の上側遠位端から等距離±１０％に、好ましくは等距離に配置された上側周囲縁部の地点で上側周囲縁部と交差することができる。
【0022】
本発明はまた、上に記載したような第１および第２の磁極を含むサイクロトロンに関し、第１および第２の磁極は、それらのそれぞれの上表面が互いに向き合い、かつ第１および第２の磁極の中心軸に対して垂直な中間面に対して対称に向いた状態で配置され、前記中心軸は同軸である。
【図面の簡単な説明】
【0023】
本発明のこれらのおよびさらなる態様は、例としておよび添付図面を参照してより詳細に説明される。
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明によるサイクロトロンの形状本発明は、等時性セクタ収束型サイクロトロンに関し、以下、上掲の背景技術の節で考察した種類のサイクロトロンとして言及される。図３に示されるように、本発明によるサイクロトロンは、荷電粒子を、サイクロトロンの中心領域から外方へ、螺旋状経路１２に沿って、それらが数ＭｅＶのエネルギーで取り出されるまで加速する。例えば、そのようにして取り出された荷電粒子は、陽子、Ｈ＋、または重陽子、Ｄ＋であり得る。好ましくは、取り出される粒子によって到達されるエネルギーは、５〜３０ＭｅＶ、より好ましくは１５〜２１ＭｅＶ、最も好ましくは１８ＭｅＶである。そのようなエネルギーのサイクロトロンは、例えば、ＰＥＴ画像作成（陽電子放出断層撮影）での使用に好適な短寿命陽電子放出同位元素を生成するために、またはＳＰＥＣＴ画像作成（単一光子放射型コンピュータ断層撮影）用にガンマ放出同位元素、例えばＴｃ９９ｍを生成するために使用される。
【0026】
図１に示されるように、本発明によるサイクロトロン１は、２つの基板５と、一緒にヨークを形成する磁束反転ヨーク６とを含む。磁束反転ヨークは、サイクロトロンの外壁を形成し、およびコイル１４の外側の磁場を、それをサイクロトロン内に含有することによって制御する。サイクロトロンは、第１および第２の磁極２をさらに含み、それらは真空チャンバ内に配置され、中心軸Ｚに対して垂直な中間面ＭＰに対して対称に互いに向き合い、ギャップ７によって互いに分離される。ヨークおよび磁極は全て磁性材料から、好ましくは低炭素鋼から作製され、磁性システムの一部を形成する。磁性システムは、第１および第２の磁極の周囲に巻かれ、磁極と磁束反転ヨークとの間に画成される環状空間内に取り付けられる電気伝導性ワイヤから作製された第１および第２のコイル１４によって完成される。
【0027】
図１（ｂ）および２に示されるように、第１および第２の磁極２のそれぞれは、中心軸Ｚの周囲に半径方向に分散された少なくともＮ＝３の山セクタ３を含む（図１（ｂ）はＮ＝４の好ましい実施形態を示す）。淡く陰影を付けられた領域として図１（ｂ）に示されている各山セクタ３は、山方位角αｈにわたって延在する上表面３Ｕを有する。第１および第２の磁極２のそれぞれは、中心軸Ｚの周囲に半径方向に分散された、暗く陰影を付けられた領域として図１（ｂ）に示されている同じ数Ｎの谷セクタ４をさらに含む。各谷セクタ４は２つの山セクタ３が側方に位置付けられ、谷方位角αｖにわたって延在する底表面４Ｂを有し、その結果、αｈ＋αｖ＝３６０°／Ｎである。
【0028】
第１の磁極２の山セクタ３および谷セクタ４は、それぞれ第２の磁極２の対向する山セクタ３および谷セクタ４に面する。図３に示される粒子ビームによって辿られる経路１２は、第１および第２の磁極を分離するギャップ７内に含まれる。第１および第２の磁極間のギャップ７は、従って、２つの対向山セクタ３の上表面３Ｕ間に画定される山ギャップ部分７ｈと、２つの対向谷セクタ４の底表面４Ｂ間に画定される谷ギャップ部分７ｖとを含む。山ギャップ部分７ｈは、２つの対向上表面３Ｕの領域にわたる山ギャップ部分の平均高さとして画定される平均ギャップ高さＧｈを有する。
【0029】
平均山および谷ギャップ高さは、山セクタおよび谷セクタのそれぞれ上表面および下表面全体にわたるギャップ高さの平均として測定される。谷ギャップ高さの平均は、底表面の何れの開口も無視する。
【0030】
上表面３Ｕは、・第１および第２の上側遠位端３ｕｄｅによって境界を定められ、かつ中心軸Ｚから最も遠くに配置された上表面の縁部として画定される上側周囲縁部３ｕｐ、
・第１および第２の上側近位端３ｕｐｅによって境界を定められ、かつ中心軸の最も近くに配置された上表面の縁部として画定される上側中心縁部３ｕｃ、
・第１の上側遠位端および第１の上側近位端を接続する第１の上側側縁部３ｕｌ、
・第２の上側遠位端および第２の上側近位端を接続する第２の上側側縁部３ｕｌ
によって画定される（図２参照）。
【0031】
山セクタ３は、・第１および第２の側表面３Ｌであって、それぞれ第１および第２の上側側縁部から、山セクタの両側に配置された対応する谷セクタの床表面まで横切って延在し、従って側表面を隣接底表面と交差させる縁部として第１および第２の下側側縁部３ｌｌを画定し、前記第１および第２の下側側縁部はそれぞれ中心軸から最も遠くに配置された下側遠位端３ｌｄｅを有する、第１および第２の側表面３Ｌ、
・上側周囲縁部から、第１および第２の下側側縁部の下側遠位端３ｌｄｅによって境界を定められるセグメントとして画定される下側周囲線３ｌｐまで延在する周囲表面３Ｐ
をさらに含む（図２参照）。
【0032】
山セクタの平均高さＨｈは、下側および上側側縁部の間で中心軸と平行に測定される平均距離である。
【0033】
縁部の端部は、その縁部を画定するセグメントの境界を定める２つの末端のうちの１つとして画定される。近位端は、中心軸Ｚの最も近くに配置された縁部の端部である。遠位端は、中心軸Ｚの最も遠くに配置された縁部の端部である。端部は、２本以上の線が交わる地点として画定されるコーナー地点であり得る。コーナー地点はまた、曲線の接線がサインを変化させるか、または不連続性を示す地点としても画定され得る。
【0034】
縁部は２つの表面が交わる線セグメントである。縁部は、上で定義されたように２つの端部によって境界を定められ、および２つの交わる表面のそれぞれの片方の側を定める。機械加工工具の制限および応力集中の低減のために、２つの表面は所与の曲率半径Ｒで交わることが多く、これは、両方の表面と交差する縁部の幾何学的位置を正確に決定することを困難にする。この場合、縁部は、無限の曲率（１／Ｒ）で互いに交差するように推定される２つの表面と交差する幾何学的な線として画定される。上側縁部は山セクタの上表面３Ｕと交差する縁部であり、下側縁部は谷セクタの底表面４Ｂと交差する縁部である。
【0035】
周囲縁部は、中心軸Ｚから最も遠くに配置された地点を含む表面の縁部として画定される。最も遠い地点が２つの縁部によって共有されるコーナー地点である場合、周囲縁部はまた、中心軸Ｚまでの平均距離が最大である表面の縁部である。例えば、上側周囲縁部は、中心軸まで最も遠くに配置された地点を含む上表面の縁部である。山セクタが一切れのタルトと比較される場合、その周囲縁部はタルトの周囲のクラストであろう。
【0036】
同じように、中心縁部は、中心軸Ｚの最も近くに配置された地点を含む表面の縁部として画定される。例えば、上側中心縁部は、中心軸Ｚの最も近くに配置された地点を含む上表面の縁部である。
【0037】
側縁部は、近位端の中心縁部を遠位端の周囲縁部に接続する縁部として画定される。そのため、側縁部の近位端は、中心縁部と交差する前記側縁部の端部であり、前記側縁部の遠位端は、周囲縁部と交差する前記側縁部の端部である。
【0038】
サイクロトロンの設計に依存して、上側／下側中心縁部は様々な形状を有し得る。最も一般的な形状は、中心軸に対して有限長さ（０以外）の、多くの場合に円形である凹状の線（または凹状の曲線）であり、これは、互いに分離された第１および第２の上側／下側近位端によって境界を定められる。この構造は、粒子ビームおよび他の要素をギャップへ導入するための空間をあけるために有用である。第１の代替構造において、第１および第２の近位中心端部は、上表面３Ｕの頂点を形成する単一の近位中心地点に収束され、これは３つの縁部のみを含み、中心縁部はゼロの長さを有する。山セクタが一切れのタルトと再度比較される場合、一切れの鋭利な先端は中心縁部に対応し、従って単一地点に低減される。第２の代替構造において、第１から第２の側縁部への移行部は、中心軸Ｚに対して湾曲した凸状であり得、これはコーナー地点のない滑らかな移行部をもたらす。この構造において、中心縁部はまた、接線がサインを変化する地点として画定される単一地点に低減される。通常、第１および第２の代替構造においてさえ、山セクタは中心軸まで完全に延在せず、中心軸を直接取り囲む中心領域は、粒子ビームの挿入または他の要素の導入を可能にするように一掃される。
【0039】
図２に示されるように、第１および第２の側表面３Ｌは好ましくは面取りされ、それぞれ第１および第２の上側側縁部に面取り部３ｅｃを形成する。面取り部は、面取り部のない２つの表面によって形成されたであろう縁部を切除することによって得られた２つの表面間の中間表面として画定される。面取り部は、２つの表面間の縁部に形成された角度を低減する。面取り部は、応力集中を低減するために構造において使用されることが多い。サイクロトロンにおいて、しかしながら、山セクタの上表面のレベルにおける面取りされた側表面は、粒子ビームが山ギャップ部分７ｈに到達するとき、粒子ビームの収束を向上させる。山セクタの周囲表面３Ｐも同じく上側周囲縁部に面取りを形成可能であり、これにより周囲縁部の近くの磁場の均一性が改善される。
【0040】
本発明によるサイクロトロンは、Ｎ＝３〜８の山セクタ３を好ましくは含む。より好ましくは、いくつかの図に示されるように、Ｎ＝４である。偶数値Ｎの場合、山セクタ３および谷セクタ４は、中心軸の周囲に２ｎの対称性で分散され、ここでｎ＝１〜Ｎ／２である。好ましくは、ｎ＝Ｎ／２であり、その結果、Ｎ個の山セクタの全てが互いに同一であり、Ｎ個の谷セクタの全てが互いに同一である。奇数値Ｎの場合、山セクタ３および谷セクタ４は、中心軸の周囲にＮの対称性で分散される。好ましい実施形態において、全てのＮ＝３〜８の場合、Ｎ個の山セクタ３は中心軸の周囲に均一に（すなわちＮの対称性で）分散される。第１および第２の磁極２は、それらの各上表面３Ｕが互いに向き合う状態で、および同軸である第１および第２の磁極２の各中心軸Ｚに対して垂直な中間面ＭＰに対して対称に向き合う状態で配置される。
【0041】
山セクタの形状は、（しばしば上で考察されるように先端のない）一切れのタルトのようにくさび形であることが多く、その第１および第２の側表面３Ｌは周囲表面から中心軸Ｚに向かって（通常それに到達することなく）収束する。山方位角αｈは、収束角度に一致し、それは中心軸Ｚにおけるまたはそれに隣接する側表面の（推定される）上側側縁部の交差地点のレベルで測定される。山方位角αｈは、好ましくは３６０°／２Ｎ±１０°、より好ましくは３６０°／２Ｎ±５°、最も好ましくは３６０°／２Ｎ±２°に含まれる。
【0042】
中心軸Ｚのレベルで測定される谷方位角αｖは好ましくは３６０°／２Ｎ±１０°、より好ましくは３６０°／２Ｎ±５°、最も好ましくは３６０°／２Ｎ±２°に含まれる。谷方位角αｖは山方位角αｈに等しい場合がある。Ｎの対称性の程度の場合、αｖ＝３６０°／Ｎ−αｈであり、例えば、Ｎ＝４の場合、αｖはαｈの相補角であり、αｖ＝９０°−αｈである。
【0043】
中心軸と周囲縁部との間の最大距離Ｌｈは、好ましくは２００〜２０００ｍｍ、より好ましくは４００〜１０００ｍｍ、最も好ましくは５００〜８００ｍｍに含まれる。例えば、１８ＭｅＶ陽子サイクロトロンにおいて、最長距離Ｌｈは通常７５０ｍｍ未満であり、５００〜７５０ｍｍ、典型的には５２０〜５５０ｍｍのオーダーであることができる。上側周囲縁部は、第１および第２の上側周囲端部間で測定される方位角長さＡｈを有し、およそＡｈ＝Ｌｈ×αｈ［ｒａｄ］であり得る。
【0044】
２つの磁極２および各磁極の周囲に巻かれたソレノイド巻きコイル１４は、（電）磁石を形成し、（電）磁石は、磁極間のギャップ７内に磁場を生成し、磁場は、サイクロトロンの（中心軸Ｚの周囲の）中心領域を起点とする図３に示される螺旋経路１２に沿って荷電粒子のビーム（＝粒子ビーム）を、それが例えば１８ＭｅＶの目標エネルギーに到達するまで案内かつ収束し、その結果としてビームは取り出される。上で考察されたように、磁極は、中心軸Ｚの周囲に分散される交互に存在する山セクタおよび谷セクタに分割される。その結果、強い磁場が、山セクタ内の平均高さＧｈの山ギャップ部分７ｈ内に生成され、より弱い磁場が、谷セクタ内の＞Ｇｈである平均高さＧｖの谷ギャップ部分７ｖ内に生成され、その結果、粒子ビームの垂直収束がもたらされる。
【0045】
粒子ビームはサイクロトロン内に導入されると、ディー（不図示）と称される高電圧電極間に、および磁場がより弱い、谷セクタ内に配置された、磁極の側縁部に取り付けられたグラウンド電圧電極間に生成された電界によって加速される。加速粒子は山ギャップ部分７ｈに進入するたびに、前の山セクタ内で有していた速度よりも速い速度を有する。山セクタ内に存在する高い磁場は加速粒子の軌道を逸らし、それにより、それが前の山セクタ内で辿るよりも大きい半径の本質的に円形の経路を辿るようにする。粒子ビームがその目標エネルギーまで加速されると、粒子ビームは図３に示されるように取出し地点ＰＥと称される地点でサイクロトロンから取り出される。例えば、高エネルギー陽子Ｈ＋は、加速されたＨ−イオンのビームを、グラファイトの薄いフォイルシートから構成された抜取機に押し通すことによって取り出すことができる。抜取機を通過するＨ−イオンは２つの電子を失い、陽のＨ＋になる。粒子荷電のサインを変えることによって磁場内のその経路の曲率はサインを変え、そのように粒子ビームはサイクロトロンの外へ目標（不図示）に向かって出される。他の取出しシステムが当業者に知られており、使用される取出しシステムの種類および詳細は本発明に必須ではない。通常、取出し地点は、山ギャップ部分７ｈに配置される。サイクロトロンは、同一の山部分にいくつかの取出し地点を含むことができる。サイクロトロンの対称要件により、２つ以上の山セクタが取出し地点を含む。Ｎの対称性の程度の場合、Ｎ個全ての山セクタが同じ数の取出し地点を含む。取出し地点は個々に（一度に１つのみ）または同時に（一度に数個）使用可能である。
【0046】
極インサート図１および３は、Ｎ＝４の対称性で中心軸Ｚの周囲に交互に分散されたＮ＝４の山セクタとＮ＝４の谷セクタとを含むサイクロトロン用の磁極の好ましい実施形態の例を示す。図２および４は、各山セクタ３が上側周囲縁部３ｕｐと、上側中心縁部３ｕｃと、第１および第２の上側側縁部３ｕｌとによって境界を定められた上で定義したような上表面３Ｕを含むそのような磁極の１つの山セクタを示す。本発明によれば、少なくとも１つの山セクタの上表面は、
− 上側周囲縁部および上側中心縁部と交差する長手方向軸８ｒｌに沿って窪み近位端８ｒｐｅと窪み遠位端８ｒｄｅとの間の長さＬ８にわたって延在する窪み８（図４）であって、その長さＬ８の少なくとも８０％にわたって第１および第２の上側側縁部から離され、大部分は中心軸Ｚから離れている窪み８と、
− 前記窪みに一致する形状を有し、および前記窪み内に配置されかつ前記窪みに可逆的に結合される極インサート９（図５）と
をさらに含む。
【0047】
「一致する」という用語は、極インサートが、窪みに正確に挿入されかつその中に嵌め込まれることができる全体形状を有することを意味する。
【0048】
上で考察した偶数値Ｎの場合には２ｎの、および奇数値Ｎの場合にはＮの対称要件のために、同じ対称性が様々な山セクタ上の極インサートの有無に適用される必要がある。従って、各山セクタは、好ましくは、同様の窪みおよび極インサートを含む。
【0049】
極インサートを含む先行技術のサイクロトロンにおいて、極インサートは、山セクタの上表面の側縁部から機械加工された窪み内に配置された。しかしながら、そのような極インサートへのアクセスは、上側側縁部の領域に重なるＲＦ加速システムの部分によって困難にされる。そのような極インサートへのアクセスは、最初にＲＦシステムの重なっている部分を取り除くことを必要とする。極インサートは、通常、上表面の縁部に配置され、なぜなら、そこでそれは山ギャップ部分内の磁場全体を最小限に中断するであろうと考えられていたからである。
【0050】
山ギャップ部分内の磁場は、側縁部から実質的に離れかつグランド電極から離れた山セクタの上表面に極インサートを配置することにより、効果的に制御できることが観察された。そのように極インサートを上表面に配置することにより、取外し、機械加工、および窪みへの再挿入のために、極インサートに簡単かつ直接的にアクセスすることができる。このように、本発明を用いると、予測される磁場および粒子経路をもたらす最適な極インサートトポグラフィを得ることがはるかにより簡単であり、かつ効率的である。
【0051】
好ましくは、全ての極インサートは同じ形状を有し、同じ材料から作製される。好ましくは、極インサートは、対応する山セクタと同じ材料から作製される。
【0052】
製造ラインを出ると、サイクロトロンは試験され、そのようにして試験された実際の特性が、数値的に予測される目標の特性と比較される。次いで、サイクロトロンの実際の特性が予測される目標の特性と一致するまで、極インサートの形状はコンピュータ分析の結果に従って修正される。サイクロトロンの特性の各測定後、極インサートはサイクロトロンから取り外され、コンピュータ分析によって決定されたように機械加工される。機械加工された極インサートは、それらの各窪みに嵌め込まれ、サイクロトロンは再度試験される。このプロセスは、サイクロトロンの実際の特性が所望の通りになるまで、反復シーケンスにおいて繰り返すことができる。
【0053】
好ましくは、窪みは、中心軸と交差する長手方向軸に沿って延在する。窪みの近位端は上側中心縁部まで延在し、そこで開放可能であり、および／または窪みの遠位端は上側周囲縁部まで延在し、そこで開放可能である。図４に示されるように、窪みは好ましくは両端部においてオープンエンドにされ、上側中心縁部から上側周囲縁部まで延在する。さらに好ましい実施形態において、長手方向軸は、第１および第２の上側遠位端から等距離に位置する地点で上側周囲縁部と交差し、ここで、第１および第２の上側遠位端は、好ましくは長手方向軸に対して対称である。例えば、中心縁部に隣接する近位部分９ｐを除いて、極インサートは、図６（ａ）に示されるように、概ね平行六面体の形状を有する。
【0054】
窪みが上側中心縁部でオープンエンドにされる場合、極インサートの近位端は上側中心縁部を含む。山セクタのこの部分は、特に、当然のことながら、近位縁部が単一地点まで低減される場合、山セクタの最も狭い部分である。極インサートの近位端は、従って、山セクタの上側中心縁部の全てまたは一部に取って代わる上側近位縁部を含み、かつ山セクタの第１および第２の側表面のわずかな部分に取って代わる、長手方向軸に沿って測定される極インサート長さの２０％以下の第１および第２の近位側表面を含む。第１および第２の側表面は中心軸に向かって集束するため、極インサートの第１および第２の近位側表面は、従って、集束部分を形成する。
【0055】
窪みが上側周囲縁部まで延在しそこでオープンエンドにされる場合、極インサートの遠位端９ｄｃは、上側周囲縁部の一部を形成する。極インサートによって形成される上側周囲縁部の部分は、上側周囲縁部の長さＡｈの好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。好ましくはこの遠位端は周囲表面に面取り部を形成する。
【0056】
図５に示されるように、極インサート９は、窪みに嵌め込まれ、かつ対応する山セクタに可逆的に結合される。例えば、極インサートは、ねじ９Ｓによって山セクタに結合することができる。
【0057】
極インサート９は、長手方向軸と平行に測定される長さＬ９と、前記長手方向軸に対して垂直に測定される幅Ｗ９と、長手方向軸および幅の両方に対して垂直に測定される高さＨ９とを有する。好ましくは、極インサートの長さＬ９は窪みの長さＬ８に等しい。
【0058】
極インサートの幅Ｗ９は、上側周囲縁部の長さＡｈの１５％以下、好ましくは１０％以下、最も好ましくは５％以下である。
【0059】
極インサートの高さＨ９は、中心軸と平行に測定され、山セクタの高さＨｈ以下である（Ｈ９≦Ｈｈ）。好ましくは、高さＨ９は、山セクタの高さＨｈの２０〜８０％、より好ましくは３０〜７０％、最も好ましくは山セクタの高さＨｈの４０〜６０％に含まれる。
【0060】
図６（ａ）および７に示されるように、極インサートは、インサート上表面９Ｕを有する。このインサート上表面は、好ましくは、窪みを含む山セクタの上表面と少なくとも部分的に平行であり、例えば、上表面と少なくとも部分的に面一であることができる。極インサートはまた、インサート上表面から横切って延在する第１および第２のインサート側表面９Ｌを含む。サイクロトロンの特性を最適化するために機械加工する前、極インサートは、好ましくは、それが密接に嵌まり込むチャネルの形状と一致し、インサート上表面は山セクタの上表面と面一である。図６（ｂ）に示されるように、インサート側表面および窪みの側壁は、互いに平行であり得、インサート上表面に対して垂直に延在し得る。代替実施形態において、図６（ｃ）に示されるように、第１および第２のインサート側表面は、インサート上表面から集束しながらわずかにテーパ状にされる。形状の一致する窪みのテーパ状側壁により、これは、極インサートの窪みからのより簡単な取出しおよび窪みへのより簡単な挿入を可能にする。
【0061】
上で考察したように、極インサートは好ましくは、長さＬ９ｐの集束近位部分９ｐを除いて、その長さＬ９の少なくとも８０％にわたって長手方向軸に沿って角柱状の形状を有する。角柱状部分の長手方向軸に対して垂直な断面Ｃ９は、上表面から集束する側表面を有する台形であると好ましい。長さＬ９の最大２０％を形成する極インサートの近位部分は、好ましくは第１および第２の側表面を含み、第１および第２の側表面は極インサート近位縁部９ｐｅに向かって集束し、山側表面３Ｌと面一でありかつそれと連続する。山上表面３Ｕと山側表面との間の隆起部が面取りされる場合、窪みの近位部分の対応する隆起部も面取り可能である。
【0062】
例えば、極インサートの角柱状部分の幅Ｗ９が１５〜１５０ｍｍに含まれる場合、極インサートの長さＬ９は４００〜８００ｍｍに含まれることができ、極インサートの高さＨ９は１５〜１５０ｍｍに含まれることができる。極インサートの長さに対する極インサートの近位部分の長さの比率Ｌ９ｐ／Ｌ９は≦２０％である。
【0063】
サイクロトロンの試験の間、インサートの上表面および／または側表面は、一連の窪みおよび突起を有する構造をそれに適用するように機械加工し、それにより磁場を較正し、その結果、実際の磁場を目標の磁場に一致させるようにすることができる。上で考察したように、インサート表面の構造（窪みおよび突起）の最適な形状は、反復的な試験および数値的な計算によって決定される。
【0064】
この反復プロセスの最後に、極インサートの表面のトポグラフィは修正される。図７に示されるように、インサート上表面９Ｕならびに／または第１および第２の側表面９Ｌのトポグラフィは、上表面または側表面の長手方向軸を横切るまたはそれと平行な溝９ｇｕ、９ｇｌを形成するように機械加工することができる。溝は直線、曲線または破線に沿って延在し得る。代わりに、穴９ｈｕ、９ｈｌを表面に穿孔可能である。穴は止まり穴（すなわち有限深さのもの）であることができ、または通し穴であることができる。上で説明したように、各山セクタは、対称性のために、極インサートを含み、磁極の全ての極インサートは、同じ最終トポグラフィを有さなければならない。極インサートは個々に機械加工可能であり、または横並びに整列させ、全てを一緒に機械加工することができる。機械加工された極インサートの結果として得られる態様は、機械加工前のその態様とかなり異なっていてもよい（図６および７参照）。
【0065】
本発明は、これまでよりもはるかに簡単に極インサートを取り外し、再び挿入できるため、従来技術の解決策よりもかなり有利である。従って、与えられた時間内により多くの反復作業を実行可能であり、これにより、従来技術のサイクロトロンよりもそれらの目標の近くで作動する費用対効果に優れたサイクロトロンが生産されることになる。
【0066】
図８は、本発明によるサイクロトロンの磁極の好ましい実施形態の例を示す。この実施形態では、上側周囲縁部３ｕｐは、第１および第２の上側遠位端によって境界を定められ、山セクタの上側周囲縁部は円弧３ａｃを含み、円弧３ａｃは、その中心が中心軸に対してオフセットされ、およびその半径Ｒｈが、中心軸から、第１および第２の上側遠位端まで等距離である上側周囲縁部の中間点までの距離Ｌｈの８５％以下である（Ｒｈ／Ｌｈ≦８５％）。
【0067】
好ましくは、距離Ｌｈに対する半径Ｒｈの比率Ｒｈ／Ｌｈは、７５％以下（Ｒｈ／Ｌｈ≦７５％）、より好ましくは６５％以下（Ｒｈ／Ｌｈ≦６５％）である。
【0068】
中心が中心軸に対してオフセットされた円弧を含む上側周囲縁部を有する目的は、上側周囲縁部の少なくとも一部を、サイクロトロンの山ギャップ部分７ｈ内の螺旋経路１２の最大エネルギー（＝最終）の軌道に相似的に近づけることである。「軌道に相似的に近づける」は、上側周囲縁部の円弧部分および取出し地点に隣接する粒子の最終軌道の両方が、異なる半径で同じ中心を共有する円の弧であることを意味する。従って、この円弧は、取出し地点に直接隣接しかつその上流の前記最終軌道の一部とほぼ平行である。取り出される軌道の経路の長さおよび軌道と上側周囲縁部との間の角度は、取出しシステム（例えば抜取機）の方位角位置と無関係になる。結果として、取り出されるビームの特性は、取出し地点の位置と（ほぼ）無関係である。
【0069】
好ましくは、円弧は、上側周囲縁部の第１の上側遠位端から第２の上側遠位端まで延在し、従って、山セクタの全周囲縁部を画定し、および円弧の中心は上表面の二等分線上にあり、前記二等分線は中心軸と上側周囲縁部の中間点とをつなぐ直線として画定される。
【0070】
好ましくは、周囲表面は、上側周囲縁部に隣接する面取り部を形成する。
【0071】
上に記載したように、サイクロトロンは粒子ビームを所与の経路にわたって第１の取出し地点まで加速し、それにより、粒子ビームを所与のエネルギーでサイクロトロンから排出することができる。有利には、山セクタは２つ以上、例えば２つの取出し地点を含み得る。２つの磁極の中間面ＭＰに関連する２つの対向する山セクタの上側周囲縁部の円弧部分は、第１の取出し地点の直接上流の所与の経路の一部と平行でありかつそれを相似的に再現する。円弧は、周囲縁部全体にわたって所与の経路の一部と同じ中心を共有し、所与の経路の一部と平行である。用語「上流」および「下流」は、粒子ビームの方向に関連して定義される。
【0072】
粒子ビームがその目標エネルギーに到達すると、粒子ビームは取出し地点で取り出され、次いで、取出し地点の下流の取出し経路を辿る。この取出し経路の一部は第１および第２の磁極の間にあり、従って山ギャップ部分内に依然含まれ、磁場にさらされる。対向する山セクタの対が第１および第２の取出し地点を含む場合、粒子ビームを第１もしくは第２の取出し地点またはその両方で取り出すことができる。粒子ビームは、次いで、第１または第２の取出し地点の下流の第１または第２の取出し経路を辿る。本実施形態による上側周囲縁部の少なくとも一部の円形の形状により、第１の取出し地点の下流のギャップ内に含まれる取出し経路の長さＬ１および第２の取出し地点の下流のギャップ内に含まれる取出し経路の長さＬ２は実質的に等しい。
【0073】
第１および第２の取出し地点の下流の取出し経路の同じ長さを有する主な利点は、１つの取出し地点から取り出される粒子ビームが第２の取出し地点から取り出されるものと類似した光学特性を有することを保証することである。
【0074】
図９は上で考察した先行実施形態の何れかに従うサイクロトロン用の磁極の好ましい実施形態の例を示す。この例では、各山セクタは、第１および第２の側表面３Ｌ、上に定義したものなどの周囲表面３Ｐをさらに含む。少なくとも１つの山セクタの上表面の上側周囲縁部３ｕｐは２つの凸状部分を含み、それらは、対応する山セクタの周囲表面に少なくとも部分的に延在する窪み１０を画定する、中心軸に対して凹状の部分によって分離される。
【0075】
用語「凹状」は、内側に湾曲することまたは内側へくり抜かれることを意味する。縁部の中心軸に対して凹状の部分は、中心軸の方に湾曲する縁部の部分である。この用語は、「凸状」の反対であり、「凸状」は外側へ湾曲することまたは中心軸から外方へ延在することを意味する。
【0076】
好ましくは、上側周囲縁部３ｕｐは、第１および第２の窪み遠位地点１０ｒｄｐを含み、それらは窪みの境界を定め、かつ上側周囲縁部の接線がサインを変えるか、または不連続性を示す地点として画定される。第１および第２の窪み遠位地点は、距離Ｌ１０によって互いに分離される。窪みはまた、中心軸Ｚの最も近くに位置する窪みの地点として画定される窪み近位地点１０ｒｐｐを含む。第１および第２の窪み遠位地点１０ｒｄｐは、第１および第２の窪み集束縁部１０ｒｃによって窪み近位地点１０ｒｐｐとつながる。窪み深さＨ１０は、第１および第２の窪み遠位地点１０ｒｄｐと窪み近位地点１０ｒｐｐとによって形成され、かつ窪み近位地点１０ｒｐｐを通過する三角形の平均高さとして定義される。
【0077】
好ましくは、第１および第２の窪み遠位地点間の距離Ｌ１０は、上側周囲縁部の方位角長さＡｈの５％〜５０％、より好ましくは１０％〜３０％、最も好ましくは１５％〜２０％の範囲である。
【0078】
窪みの深さＨ１０は、上側周囲縁部の方位角長さＡｈの３％〜３０％、好ましくは５％〜２０％、より好ましくは８％〜１５％に含まれる。
【0079】
好ましくは、窪みはまた、上側周囲縁部３ｕｐから下側周囲線３ｌｐに向かって周囲表面３Ｐにわたって中心軸Ｚと平行に延在する。従って、窪みは、上側周囲縁部と下側周囲線との間で中心軸と平行に測定される周囲表面の高さの画分ζにわたって周囲表面に延在する。画分ζは好ましくは２５％〜１００％、好ましくは４０％〜７５％、最も好ましくは４５％〜５５％に含まれる。
【0080】
先行技術のサイクロトロンでは、突出型グラディエントコレクタが使用された。突出型グラディエントコレクタは、いくつかの欠点を有する：・真空チャンバの体積の増大、
・ヨークおよびサイクロトロン全体の体積の増大、
・サイクロトロンの重量の増大、
・手動で実行する必要のあるグラディエントコレクタの正確な位置付けの難しさ、
・磁場の外方への偏向。
【0081】
突出型グラディエントコレクタの代わりに窪んだグラディエントコレクタを使用することはいくつかの利点を有する。第１に、これにより、磁極を受け入れる真空チャンバのサイズの低減が可能になり、これにより、真空チャンバから気体を排出するために必要なエネルギーの低減と、気体排出時間の短縮とがもたらされる。第２に、サイクロトロンの全体重量が低減され、なぜなら、一方では山セクタの重量が増大される代わりにわずかに低減されるからであり、他方では磁束反転ヨークの内側表面の直径全体が低減されるからである。第３に、粒子ビームが山セクタの周囲縁部と交差する角度の最適化を可能にする数値的に制御される機械加工により、窪みの位置を正確に形成かつ位置付けすることができる。第４に、突出型グラディエントコレクタが磁場を外側に偏向するとき、磁場は窪んだグラディエントコレクタによって内側に偏向され、その結果、粒子経路の最終サイクルが山セクタの周囲縁部からさらに内側へシフトされ、そこで磁場は周囲縁部の近くよりも均一である。従って、取り出される粒子ビームの特性を制御すること、特にその収束を制御することはより簡単であり、より予測可能である。加速領域に向かうこの偏向はまた、コイルに供給される電力を低減することを可能にする。
【0082】
好ましくは、窪みは概ねくさび形であり、その第１および第２の窪み集束縁部は直線（または内方または外方へわずかに湾曲した）の線である。くさびの先端は窪み近位地点に一致し、中心軸の全体方向を指す。くさびの先端の集束角θは、好ましくは、７０°〜１３０°、より好ましくは８０°〜１１０°、最も好ましくは９０°±５°に含まれる。本明細書で使用される表現「内方」および「外方」は、それぞれ中心軸「の方」または「から離れる方」として理解される。
【0083】
窪みの位置は、第１および第２の側縁部から離されることができ、または第１もしくは第２の側縁部に隣接することができる。好ましくは、山セクタは、側縁部から離された少なくとも１つの窪みを含む。
【0084】
より一般的には、くさび形の窪みの集束部分は、以下の形状の１つを有し得る：・上で考察したくさび状に成形される窪みに対応する、三角形の窪みを形成する鋭角コーナー部分、
・台形状に窪んだくさびを形成する直線縁部、または
・丸みを帯びた縁部のくさび。
【0085】
好ましくは、取出し地点は、対向する山セクタの対の周囲縁部に隣接して山ギャップ部分内に配置される。窪みは、前記第１の取出し地点の下流に配置される。ここで、下流は粒子ビームの方向に関連して定義される。窪みは、粒子ビームが第１の集束窪み縁部と９０°±１５°の角度で交差するように、取出し地点に対しておよび取出し経路に対して正確に機械加工され、前記第１の集束窪み縁部は第１の窪み遠位地点１０ｒｄｐと窪み近位地点１０ｒｐｐとをつなぐ縁部として画定される。粒子ビームは、従って、磁場に対してほぼ直角に山セクタから離れ、これは出ていく粒子ビームの収束を改善する。窪みの位置および形状は、数値的な計算および／または試験によって決定される。
【0086】
要約すると、本発明は、取出し、機械加工および窪みへの再挿入のために、極インサートに簡単かつ直接的にアクセスするという利点を提供する。本発明によれば、従って、予想される磁場および粒子経路をもたらす最適なインサートトポグラフィを得ることがはるかにより簡単であり、かつ効率的である。
【符号の説明】
【0087】
１ サイクロトロン２ 磁極
３ 山セクタ
４ 谷セクタ
５ ヨーク
６ 磁束反転ヨーク
７ ギャップ
８ 窪み
９ 極インサート
１０ 窪み
１２ 螺旋経路
１４ コイル
３ａｃ 円弧
３ｅｃ 面取りされた縁部
３Ｌ 側表面
３ｌｄｅ 下側側縁部の下側遠位端
３ｌｌ 下側側縁部
３ｌｐ 下側周囲線
３Ｐ 周囲表面
３Ｕ 上表面
３ｕｃ 上側中心縁部
３ｕｄｅ 上側側縁部の上側遠位端
３ｕｌ 上側側縁部
３ｕｐ 上側周囲縁部
３ｕｐｅ 上側側縁部の上側近位端
４Ｂ 底表面
７ｈ 山ギャップ部分
７ｖ 谷ギャップ部分
８ｌｒ 窪み長手方向軸
８ｒｄｅ 窪み遠位端
８ｒｐｅ 窪み近位端
９Ｃ 極インサート断面
９ｄｃ 面取りされた極インサート遠位端
９ｇｌ 極インサート溝横方向
９ｇｕ 極インサート溝上側
９ｈｌ 極インサート穴横方向
９ｈｕ 極インサート穴上側
９Ｌ 極インサート側表面
９ｌｐ 極インサート近位部分長さ
９ｐ 極インサート近位部分
９ｐｅ 極インサート近位縁部
９ｓ 極インサートねじ
９Ｕ 極インサート上表面
１０ｒｄｐ 窪み遠位地点
１０ｒｐｐ 窪み近位地点
Ａｈ 上側周囲縁部の方位角長さ
Ｇｈ 山のギャップ高さ
Ｇｖ 谷のギャップ高さ
Ｈ９ 極インサート高さ
Ｈ１０ 窪み高さ
Ｈｈ 山高さ
Ｌ８ 窪み長さ
Ｌ９ 極インサート長さ
Ｌ９ｐ 近位部分の極インサート長さ
Ｌ１０ 第１および第２の窪み遠位地点間の窪み長さ
Ｌｈ 中心軸および周囲縁部の間の距離
ＭＰ 中間面
ＰＥ 取出し地点
Ｒｈ ラジアル極輪郭の半径
Ｗ９ 極インサート幅
Ｚ 中心軸
αｈ 山方位角
αｖ 谷方位角
【要約】 （修正有）
【課題】２つの磁極の２つの対向する山セクタ間に生成された磁場を細かくチューニング制御できる等時性セクタ収束型サイクロトロンを提供する。【解決手段】中心軸Ｚの周囲に交互に分散された山セクタおよび谷セクタを含む等時性セクタ収束型サイクロトロン用の磁極であって、少なくとも１つの山セクタの上表面は、上側周囲縁部および上側中心縁部と交差する長手方向軸に沿って近位端と遠位端との間の長さにわたって延在する窪みが設けられ、その窪みに極インサート９が可逆的に結合される。
【選択図】図５