特許 6559872 超伝導サイクロトロンリジェネレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6559872

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】超伝導サイクロトロンリジェネレータ

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/00 20060101AFI20190805BHJP

   H05H 13/02 20060101ALI20190805BHJP

   H05H 7/04 20060101ALI20190805BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20190805BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20190805BHJP

   H01F 6/04 20060101ALI20190805BHJP

   H05H 7/10 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H05H13/00

   H05H13/02

   H05H7/04

   G21K5/04 D

   H01F6/06 110

   H01F6/04

   H05H7/10

【請求項の数】15

【外国語出願】

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-228951(P2018-228951)

(22)【出願日】2018年12月6日

(65)【公開番号】特開2019-106366(P2019-106366A)

(43)【公開日】2019年6月27日

【審査請求日】2019年1月11日

(31)【優先権主張番号】17206339.8

(32)【優先日】2017年12月11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】318004198

【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

【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】ヌッテンス，ヴィンセント

(72)【発明者】

【氏名】バンドヴァール，ヤルノ

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５０４６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２４２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０６９５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６３９６３４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００８７９５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １３／００

Ｇ２１Ｋ ５／０４

Ｈ０１Ｆ ６／０４

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｈ０５Ｈ ７／０４

Ｈ０５Ｈ ７／１０

Ｈ０５Ｈ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子を加速するためのサイクロトロンであって、
●共通の中心軸ｚを中心とし、前記中心軸ｚに対して垂直であり、かつ、前記サイクロトロンの対称面を規定している正中面Ｐの両側に互いに平行に配置されている少なくとも第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）であって、電源によって作動させると、主磁場Ｂを生成する前記少なくとも第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルと、
●前記正中面Ｐの両側の前記第１の超伝導主コイルおよび前記第２の超伝導主コイル内に配置され、かつ、加速ギャップ（６）によって互いに離隔された第１の磁場成形ユニット（４１）および第２の磁場成形ユニット（４２）であって、前記加速ギャップの中で、前記中心軸ｚに平行な前記主磁場のｚ成分Ｂｚを制御するのに適した前記第１の磁場成形ユニット（４１）および前記第２の磁場成形ユニット（４２）と、
●作動させたときに、前記主磁場の前記ｚ成分Ｂｚの中に局所的な磁場バンプを作り出すために、前記正中面Ｐの両側に配置され、かつ、共通の方位角φｂ上に周方向に延在する少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）を備える超伝導リジェネレータであって、前記第１の磁場バンプモジュール（５１）および前記第２の磁場バンプモジュールのそれぞれが、
○電源によって作動させると、幅の広い磁場バンプまたはディップを局所的に生成する少なくとも１つの超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）であって、前記磁場バンプは、バンプの最大の大きさが△Ｂｚの釣鐘形状を有するとともに、釣鐘形状のバンプまたはディップの第１の側で測定された、前記ｚ成分Ｂｚの磁場勾配の最高絶対値である第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１によって、半径方向ｒに規定されている、少なくとも１つの超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）
を備える前記超伝導リジェネレータと、
を備えるサイクロトロンにおいて、前記磁場バンプモジュールがそれぞれ、
○少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）であって、作動させると、前記少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された前記第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を、好ましくは少なくとも２倍分だけ、局所的に急峻化するように位置決めされた、前記少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）
をさらに備えることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項2】

請求項１に記載のサイクロトロンにおいて、前記磁場バンプの最大の大きさの、前記主磁場の前記ｚ成分に対する比率△Ｂｚ／Ｂｚが、様々な抽出エネルギーでの荷電粒子の注入、加速、および抽出のサイクルの間、一定のままであることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項3】

請求項１または２に記載のサイクロトロンにおいて、前記少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）が、
●印加された前記主磁場Ｂによって、および／または前記幅の広い磁場バンプまたはディップによって作動させる受動的なバルク超伝導体、および／または
●電源によって作動させる超伝導成形コイル
を備えることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、
●第１の真空チャンバ（３１）と、
●前記第１の真空チャンバ（３１）に収容された第１の放射シールド（２１）と、
●前記第１の放射シールド（２１）の内部に位置し、かつ、少なくとも前記第１の磁場バンプモジュール（５１）の前記超伝導バンプコイル（５１ｂ）を含む第１のコールドマス構造体（９１ｃ）であって、任意選択的に、
○少なくとも前記第１の超伝導主コイル（１１）、および／または
○少なくとも前記第１の磁場成形ユニット（４１）、
をさらに含む第１のコールドマス構造体（９１ｃ）と、
●少なくとも第１の低温冷却機（８１）であって、第１の平均温度Ｔ１で前記第１の放射シールド（２１）を冷却するために、前記第１の放射シールドに結合された第１の段（８１ｗ）を備え、かつ、Ｔ１よりも低温の第２の平均温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）に前記第１のコールドマス構造体を冷却するために、前記第１のコールドマス構造体に結合された第２の段（８１ｃ）を備える第１の低温冷却機（８１）と、
を備える少なくとも第１の真空ユニットをさらに備えるとともに、
少なくとも前記第１の磁場バンプモジュール（５１）の前記超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）が、前記第１の放射シールド（２１）と、前記第１の平均温度Ｔ１で、熱接触していることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項5】

請求項４に記載のサイクロトロンにおいて、前記第１の真空チャンバ（３１）が前記正中面Ｐ上に延在するとともに、
（Ａ）前記第１の放射シールド（２１）が前記正中面Ｐ上に延在し、かつ、
●前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプコイル（５２ｂ）であって、前記第１のコールドマス構造体（９１ｃ）に含まれるか、または、前記第２の平均温度Ｔ２で第２のコールドマス構造体（９２ｃ）を冷却するために、前記第１の低温冷却機（８１）または第２の低温冷却機（８２）の前記第２の段（８１ｃ、８２ｃ）に結合された第２のコールドマス構造体（９２ｃ）に含まれる前記超伝導バンプコイル（５２ｂ）と、
●前記第１の放射シールド（２１）と、前記第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）と、
●任意選択的に、前記第２の超伝導主コイル（１２）、および／または、前記第１の低温冷却機もしくは前記第２の低温冷却機の前記第２の段によって前記第２の平均温度Ｔ２で維持された、前記第１のコールドマス構造体または前記第２のコールドマス構造体（９２ｃ）に属する、前記第２の磁場成形ユニット（４２）と、をさらに収容するか、
または、
（Ｂ）前記第１の放射シールド（２１）が、前記正中面の一方の側に位置し、かつ、前記サイクロトロンが、
●前記正中面Ｐに対して前記第１の放射シールド（２１）と対称的に位置する第２の放射シールド（２２）であって、
●前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプコイル（５２ｂ）を含むとともに、任意選択的に、
○前記第２の超伝導主コイル（１２）、および／または
○前記第２の磁場成形ユニット（４２）、
をさらに含む第２のコールドマス構造体（９２ｃ）と、
●前記第１の放射シールド（２１）に結合された前記低温冷却機と同じもの、または異なるものとすることが可能な、少なくとも１つの低温冷却機（８１、８２）であって、前記第１の平均温度Ｔ１に前記第２の放射シールド（２２）を冷却するために、前記第２の放射シールドに結合された第１の段（８１ｗ、８２ｗ）を備えるとともに、前記第２の平均温度Ｔ２に前記第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段（８２ｃ）を備える、少なくとも１つの低温冷却機（８１、８２）と、を封入する前記第２の放射シールド（２２）と、をさらに備え、
前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）が、前記第２の放射シールド（２２）と、前記第１の平均温度Ｔ１で、熱接触しているか、
のいずれかであることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項6】

請求項４に記載のサイクロトロンにおいて、前記第１の真空ユニットが、前記正中面Ｐの一方の側に位置し、かつ、前記サイクロトロンが、前記正中面Ｐに対して前記第１の真空ユニットと対称的に同一である第２の真空ユニットであって、
●第２の真空チャンバ（３２）と、
●前記第２の真空チャンバ（３２）に収容された第２の放射シールド（２２）と、
●前記第２の放射シールド（２２）の内部に位置し、かつ、前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプコイル（５２ｂ）を含む第２のコールドマス構造体（９２ｃ）であって、任意選択的に、
○前記第２の超伝導主コイル（１２）、および／または
○前記第２の磁場成形ユニット（４２）をさらに含む第２のコールドマス構造体（９２ｃ）と、
●少なくとも第２の低温冷却機（８２）であって、前記第１の平均温度Ｔ１で前記第２の放射シールド（２２）を冷却するために、前記第２の放射シールドに結合された第１の段（８２ｗ）を備え、かつ、前記第２の平均温度Ｔ２に前記第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段（８２ｃ）を備える少なくとも第２の低温冷却機（８２）と、
を備える前記第２の真空ユニットを備えるとともに、
前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）が、前記第２の放射シールド（２２）と、前記第１の平均温度Ｔ１で、熱接触していることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項7】

請求項１乃至６の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、
●前記第１の磁場バンプモジュール（５１）および前記第２の磁場バンプモジュール（５２）のうちの前記少なくとも１つの超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）が、低温超伝導体（ＬＴＳ）で作られており、使用時に、２〜１０Ｋの間で、維持されているとともに、
●前記第１の磁場バンプモジュール（５１）および前記第２の磁場バンプモジュール（５２）の前記第１の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）および前記第２の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）が、高温超伝導体（ＨＴＳ）で作られており、使用時に、３０〜７５Ｋの間に含まれる前記温度Ｔ１で維持され、かつ、対応する前記第１の超伝導バンプコイル（５１ｂ）および前記第２の超伝導バンプコイル（５２ｂ）よりも前記正中面の近くに位置することを特徴とするサイクロトロン。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか一項に記載のサイクロトロンにおいて、前記第１の磁場バンプモジュールおよび前記第２の磁場バンプモジュールが、少なくとも４０Ｔ／ｍの第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を作り出すことを特徴とするサイクロトロン。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、
○前記幅の広い磁場バンプまたはディップが、釣鐘形状のバンプまたはディップの第１の側とは反対の第２の側で測定された、前記ｚ成分Ｂｚの磁場勾配の最高絶対値である第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２によって、前記半径方向に規定され、
○前記第１の磁場バンプモジュールおよび前記第２の磁場バンプモジュールがそれぞれ、前記少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された前記第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２を、好ましくは少なくとも２倍分だけ、または、少なくとも４０Ｔ／ｍの極大絶対値に、前記半径方向に局所的に急峻化するように位置決めされた、少なくとも第２の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）を備えることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項10】

請求項９に記載のサイクロトロンにおいて、少なくとも前記第１の磁場バンプモジュール（５１）および前記第２の磁場バンプモジュール（５２）がそれぞれ、以下のように、すなわち、前記正中面への射影において、磁場バンプモジュールがそれぞれ、
●前記第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を急峻化するための、１つまたは複数の上流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）と、
●前記幅の広い磁場バンプまたはディップを生成するための、１つまたは複数の超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）と、
●前記第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２を急峻化するための、１つまたは複数の下流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）と、を備える
と定義されているとともに、
前記中心軸ｚを始点に半径方向に連続して配置され、かつ、所与の方位セクタ内に閉じ込められていることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項11】

請求項１乃至１０の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、前記磁場バンプまたはディップの半値全幅ＦＷＨＭが、１５〜６０ｍｍの間に含まれていることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項12】

請求項１乃至１１の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、前記第１の磁場バンプモジュールおよび前記第２の磁場バンプモジュールが、超伝導体以外の非超伝導性の鉄製部品も、永久磁石部品も含まないことを特徴とするサイクロトロン。

【請求項13】

請求項１乃至１２の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、
●前記第１の磁場バンプモジュールおよび前記第２の磁場バンプモジュールのうちの前記少なくとも１つの超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）が、Ｎｂ族、またはＭｇＢ２から選択された、１つまたは複数の材料で作られたコイル状のワイヤまたはテープによって形成され、かつ／または、
●前記第１の磁場バンプモジュールおよび前記第２の磁場バンプモジュールのうちの前記少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）が、銅酸化物族、鉄系族、またはＭｇＢ２からの１つまたは複数の材料から選択された超伝導材料を含むことを特徴とするサイクロトロン。

【請求項14】

請求項１乃至１３の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、シンクロサイクロトロンおよび等時性サイクロトロンの中から選択されることを特徴とするサイクロトロン。

【請求項15】

請求項１乃至１４の何れか１項に記載のサイクロトロンにおいて、前記第１の磁場成形ユニット（４１）および前記第２の磁場成形ユニット（４２）がそれぞれ、
●磁性材料で作られている磁極、もしくは、
●電源によって作動させると成形磁場を生成する１つまたは複数の磁場成形コイル、または
●前記２つの組み合わせ
によって形成されてい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、加速された荷電粒子のビームをサイクロトロンから抽出することに関する。特に、本発明は、加速器の抽出チャネルに向かって最後の加速軌道を操縦するための主磁場の局所的摂動の生成に基づく、いわゆる「再生的（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ）」ビーム抽出システムに関する。バンプまたはディップとも呼ばれる摂動は、超伝導コイルを含む超伝導素子によって作り出される。これは、とりわけ、主コイルにおける駆動電流の変動に対し、磁場バンプが、独立して制御可能な応答を確実に行えるようにするという利点を有する。

【背景技術】

【0002】

サイクロトロンは、負または正の荷電粒子が、サイクロトロンの中心から螺旋状の経路に沿って、数メガ電子ボルト（ＭｅＶ）のエネルギーまで外側に加速する一種の円形粒子加速器である。サイクロトロンには様々なタイプがある。等時性サイクロトロンでは、粒子ビームは、螺旋状の経路の各連続サイクルまたはサイクルの一部分を同じ時間に実行する。シンクロサイクロトロンは、粒子の速度が光速に近づくにつれて、相対論的効果を補償するために、駆動ＲＦ電場の周波数が変化する特別なタイプのサイクロトロンである。これは、この周波数が一定である等時性サイクロトロンとは対照的である。サイクロトロンは、様々な分野、例えば、核物理学、陽子線治療などの医療処置、またはラジオ薬理学などで使用されている。

【0003】

サイクロトロンは、注入システムと、荷電粒子を加速するための高周波（ＲＦ）加速システムと、正確な経路に沿って加速粒子を誘導するための磁気システムと、このように加速された粒子を収集するための抽出システムと、サイクロトロン内に真空を作り出し、維持するための真空システムと、を含むいくつかの素子を備える。超伝導サイクロトロンには、その超伝導素子をそれらの超伝導温度で維持するための低温冷却システムが必要である。

【0004】

注入システムは、粒子ビームを比較的低速の初速度で、サイクロトロンの中心で、または中心近くで加速ギャップ内に導入する。ＲＦ加速システムは、磁気システムによって生成された磁場によって加速ギャップ内の螺旋状の経路に沿って外側に誘導されたこの粒子ビームを、連続的かつ反復的に加速する。

【0005】

磁気システムは、その目標エネルギーＥｉに達するまで、螺旋状の経路に沿って荷電粒子のビームを誘導し集束させる磁場を生成する。磁場は、２つの磁場成形ユニットに巻回された２つのソレノイド主コイルによって、これらの磁場成形ニットの間に画定されたギャップ内に生成される。磁場成形ユニットは、磁極または加速ギャップによって互いに離隔された超伝導コイルとすることができる。

【0006】

主コイルは磁束リターン内に封入され、これにより、サイクロトロン内に磁場を制限する。真空が、少なくとも加速ギャップ内で抽出される。磁場成形ユニットおよび磁束リターンのいずれか１つは、鉄または低炭素鋼などの磁性材料で作ることもできるし、電気エネルギーによって作動させるコイルで構成することもできる。前記コイルも、主コイルと同様、超伝導材料で作ることができる。この場合、超伝導コイルは、それらの臨界温度未満に冷却されなければならない。低温冷却機を使用して、サイクロトロンの超伝導部品をそれらの臨界温度未満に冷却することができる。臨界温度は、低温超伝導体（ＬＴＳ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）については、おおよそ２〜１０Ｋの間、典型的には４Ｋ前後、また高温超伝導体（ＨＴＳ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）については、おおよそ２０〜７５Ｋの間とすることができる。

【0007】

粒子ビームがその目標エネルギーに達すると、抽出システムは抽出ポイントでサイクロトロンからそれを抽出し、抽出チャネルに向けてそれを誘導する（図２参照）。いくつかの抽出システムが存在し、当業者に知られている。

【0008】

本発明では、抽出システムは、平衡軌道に対して粒子の振動を作り出し、サイクロトロンから粒子を追い出す。いわゆる「再生的」ビーム抽出システムは、主磁場の摂動を局所的に生成することにより、加速器の抽出チャネルに向かって最後の加速軌道を操縦する。大きさ△Ｂｚの磁場バンプは、軌道の中心のシフト△ｙの原因である放射状の振動を引き起こす方位間隔φｂにわたって作り出すことができる。第１の調和振動場の摂動に関しては、シフトの大きさは、第１の調和振動場摂動の振幅に比例する。図２に図示されるように、軌道中心は、摂動の方向に距離△ｙ分だけシフトする。前記シフトは、最終的に、抽出チャネルを通してサイクロトロンから粒子を導出する（図２参照）。

【0009】

輪郭が明確な方位および放射状の拡張部分（「リジェネレータ（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と呼ばれる）を有する鉄製のバーを使用して、磁場バンプを生成する場合が多い。例えば、（特許文献１）および（特許文献２）は、鉄系のリジェネレータについて記載している。鉄で生成された磁場バンプは、約８０Ｔ／ｍまで程度の半径方向に、極大磁場勾配ｄＢｚ／ｄｒを有することができる。鉄系のリジェネレータの短所の１つには、磁場バンプの大きさを容易に変えることができず、当然ながら、サイクロトロンの動作中は変えることができないという点が含まれる。同じサイクロトロンを使用して様々なエネルギーで粒子を抽出する場合、これは大きな短所である。

【0010】

磁極と同様に、鉄系のリジェネレータは、コイルで、特に、より大きな磁場を生成することが可能な超伝導コイルで置き換えることができる。コイルを使用することにより、主磁場の大きさＢｚとは独立して、磁場バンプの大きさ△Ｂｚを変えることが可能になる。しかしながら、図１（ｂ）に示されているように、超伝導バンプコイルによって生成される磁場バンプは、鉄系のリジェネレータによって生み出される磁場バンプよりも実質的に幅が広く、その結果得られる極大磁場勾配はおおよそ２０Ｔ／ｍであり、最適な摂動を作り出すには小さすぎる。いかなる理論にも束縛されることを望まないが、これは、少なくとも部分的に以下のように説明することができる。超伝導バンプコイルは、それらの臨界温度（例えば、低温超伝導体に関しては液体ヘリウムに近い温度）未満の、非常に低い温度に冷却され、真空に維持されなければならない。したがって、超伝導バンプコイルは、それ自体が真空チャンバ内に収容された、冷却された放射シールド内に密閉されなければならない。このロシア式入れ子人形構造には空間が必要であり、加速器の正中面Ｐから、超伝導バンプコイルをｚ方向にさらに距離を離して移動させることで、コイルベースのリジェネレータの磁場バンプの幅（ＦＷＨＭ）が大きくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許第８５８１５２５号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１３０９８０８９号パンフレット

【特許文献3】国際公開第２０１２０５５号パンフレット

【特許文献4】国際公開第２０１２００４２２５号パンフレット

【特許文献5】国際公開第２０１４０１８８７６号パンフレット

【特許文献6】国際公開第２０１３／１１３９１３号パンフレット

【0012】

したがって、主磁場を有する磁場バンプの大きさＢｚの直線的変化△Ｂｚを可能にすると同時に、サイクロトロンから荷電粒子ビームを抽出するための最適な摂動を生成する超伝導リジェネレータが依然として必要である。本発明は、前述の要件を満たす超伝導リジェネレータが設けられたサイクロトロンを提案する。以下の項は、これらの利点および他の利点についてより詳細に説明する。

【発明の概要】

【0013】

添付の独立請求項は、本発明を定義するものである。従属請求項は、好適な実施形態を定義するものである。特に、本発明は、荷電粒子、特にハドロンを加速するための、例えば、シンクロサイクロトロンまたは等時性サイクロトロンのようなサイクロトロンであって、
●共通の中心軸ｚを中心とし、中心軸ｚに対して垂直であり、かつ、サイクロトロンの対称面を規定している正中面Ｐの両側に互いに平行に配置されている少なくとも第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルであって、電源によって作動させると、主磁場Ｂを生成する前記少なくとも第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルと、
●正中面Ｐの両側の第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイル内に配置され、かつ、加速ギャップ（６）によって互いに離隔された第１の磁場成形ユニットおよび第２の磁場成形ユニットであって、加速ギャップの中で、中心軸ｚに平行な主磁場のｚ成分Ｂｚを制御するのに適した前記第１の磁場成形ユニットおよび第２の磁場成形ユニットと、
●作動させたときに、主磁場のｚ成分Ｂｚの中に局所的な磁場バンプを作り出すために、正中面Ｐの両側に配置され、かつ、共通の方位角φｂ上に周方向に延在する少なくとも第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールであって、それぞれが、
○電源によって作動させると、幅の広い磁場バンプまたはディップを局所的に生成する少なくとも１つの超伝導バンプコイルであって、前記磁場バンプはバンプの最大の大きさが△Ｂｚの釣鐘形状を有するとともに、半径方向ｒにｚ成分Ｂｚの第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１によって規定されている、少なくとも１つの超伝導バンプコイルを備える磁場バンプモジュールと、
を備えるサイクロトロンにおいて、磁場バンプモジュールがそれぞれ、
○少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）であって、作動させると、少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を、好ましくは少なくとも２倍分だけ、局所的に急峻化するように位置決めされた、前記少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）
をさらに備えるサイクロトロンに関する。

【0014】

好適な一実施形態では、バンプの最大の大きさの、ｚ成分に対する比率△Ｂｚ／Ｂｚが、荷電粒子の注入、加速、および抽出のサイクルの間、実質的に一定のままである。

【0015】

少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニットは、
●印加された主磁場Ｂによって、および／または幅の広い磁場バンプまたはディップによって作動させる受動的なバルク超伝導体（受動的なバルク超伝導体は、超伝導材料のかたまりであり、どんな電源にも接続されていない）、および／または、
●電源によって作動させる超伝導成形コイルを備えることができる。

【0016】

サイクロトロンの超伝導素子を真空に、かつ、それぞれの臨界温度未満に保つために、サイクロトロンは、好ましくは、少なくとも、
●第１の真空チャンバと、
●前記第１の真空チャンバに収容された第１の放射シールドと、
●第１の放射シールドの内部に位置し、かつ、少なくとも第１の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイルを含む第１のコールドマス構造体であって、任意選択的に、
○少なくとも第１の超伝導主コイル、および／または
○少なくとも第１の超伝導磁場成形ユニット、をさらに含む第１のコールドマス構造体と、
●第１の平均温度Ｔ１で第１の放射シールドを冷却するために、前記第１の放射シールドに結合された第１の段を備え、かつ、Ｔ１よりも低温の第２の平均温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）に第１のコールドマス構造体を冷却するために、前記第１のコールドマス構造体に結合された第２の段を備える、少なくとも第１の低温冷却機と、を備える第１の真空ユニットを備えるとともに、
●少なくとも第１の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニットが、第１の放射シールド（２１）と、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している。

【0017】

前述の構成要素を備える様々な配置を想定することが可能である。第１の実施形態では、第１の真空チャンバが正中面Ｐ上に延在するとともに、
（Ａ）第１の放射シールド（２１）が正中面Ｐ上に延在し、かつ、
●第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイルであって、第１のコールドマス構造体に含まれるか、または、第２の平均温度Ｔ２で第２のコールドマス構造体を冷却するために、第１の低温冷却機または第２の低温冷却機の第２の段に結合された前記第２のコールドマス構造体に含まれる超伝導バンプコイルと、
●第１の放射シールドと、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）と、
●任意選択的に、第２の超伝導主コイル、および／または、第１の低温冷却機もしくは第２の低温冷却機の第２の段によって第２の平均温度Ｔ２で維持された、第１のコールドマス構造体または第２のコールドマス構造体に属する、第２の超伝導磁場成形ユニットと、をさらに収容するか、
または、
（Ｂ）第１の放射シールドが、正中面の一方の側に位置し、かつ、サイクロトロンが、
●正中面Ｐに対して第１の放射シールドと対称的に位置する第２の放射シールドであって、
●第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイルを含むとともに、任意選択的に、
○第２の超伝導主コイル、および／または
○第２の超伝導磁場成形ユニットをさらに含む第２のコールドマス構造体と、
●第１の放射シールドに結合された低温冷却機と同じもの、または異なるものとすることが可能な、少なくとも１つの低温冷却機であって、第１の平均温度Ｔ１に第２の放射シールドを冷却するために、前記第２の放射シールドに結合された第１の段を備えるとともに、第２の平均温度Ｔ２に第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段を備える、少なくとも１つの低温冷却機と、を封入する前記第２の放射シールドと、をさらに備え、
●第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニットが、前記第２の放射シールドと、前記第１の平均温度Ｔ１で、熱接触しているか、
のいずれかである。

【0018】

代替的な一実施形態では、第１の真空ユニットが、正中面Ｐの一方の側に位置し、かつ、サイクロトロンが、正中面Ｐに対して第１の真空ユニットと対称的に同一である第２の真空ユニットであって、
●第２の真空チャンバと、
●前記第２の真空チャンバに収容された第２の放射シールドと、
●第２の放射シールドの内部に位置し、かつ、第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイルを含む第２のコールドマス構造体であって、任意選択的に、
○第２の超伝導主コイル、および／または
○第２の超伝導磁場成形ユニットをさらに含む第２のコールドマス構造体と、
●少なくとも第２の低温冷却機であって、第１の平均温度Ｔ１で第２の放射シールドを冷却するために、前記第２の放射シールドに結合された第１の段を備え、かつ、第２の平均温度Ｔ２に第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段を備える少なくとも第２の低温冷却機と、
を備える前記第２の真空ユニットを備えるとともに、
●第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニットが、第２の放射シールドと、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している。

【0019】

一方では、本発明の好適な形態では、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールのうちの少なくとも１つの超伝導バンプコイルが、低温超伝導体（ＬＴＳ）で作られており、使用時に、２〜１０Ｋの間、好ましくは２．２〜７Ｋの間に含まれる温度Ｔ２で、より好ましくは４Ｋ±１Ｋで、維持されている。他方では、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールの第１の超伝導バンプ成形ユニットおよび第２の超伝導バンプ成形ユニットが、高温超伝導体（ＨＴＳ）で作られており、使用時に、３０〜７５Ｋの間に含まれる温度Ｔ１で維持され、かつ、対応する第１の超伝導バンプコイルおよび第２の超伝導バンプコイルよりも正中面の近くに位置する。コントローラを、使用時に、ＨＴＳ素子およびＬＴＳ素子が前述の温度範囲内に確実に維持されるように構成することができる。第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールはいずれも、超伝導体以外の非超伝導性の鉄製部品も永久磁石部品も含まないことが好ましい。

【0020】

例えば、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールのうちの少なくとも１つの超伝導バンプコイルは、例えば、Ｎｂ族、またはＭｇＢ_２から選択された、１つまたは複数の材料で作られたコイル状のワイヤまたはテープによって形成することができる。第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールのうちの少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニットは、銅酸化物族、鉄系族またはＭｇＢ_２からの１つまたは複数の材料から選択された超伝導材料を含んでいてもよい。

【0021】

コントローラは、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールが、少なくとも４０Ｔ／ｍの、好ましくは少なくとも６０Ｔ／ｍの、より好ましくは、少なくとも７０Ｔ／ｍの、最も好ましくは、少なくとも８０Ｔ／ｍの絶対値の半径方向に、第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を確実に作り出すように構成することもまた可能である。

【0022】

釣鐘形状の幅の広い磁場バンプまたはディップは、（サイクロトロンの中心を始点に、半径方向に対して表現された）上流側の傾斜、および下流側の傾斜を有する。第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１は、上流側の傾斜または下流側の傾斜のうちの一方（好ましくは下流側の傾斜）を特徴付けし、ｚ成分Ｂｚの第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２は、第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１とは反対の符号の半径方向に、上流側の傾斜または下流側の傾斜のうちのもう一方（好ましくは上流側の傾斜）を特徴付けする。

【0023】

好適な一実施形態では、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールがそれぞれ、少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２を、好ましくは少なくとも２倍分だけ、より好ましくは少なくとも４０Ｔ／ｍの、最も好ましくは少なくとも６０Ｔ／ｍの、理想的には、少なくとも７０Ｔ／ｍの、さらに理想的には、少なくとも８０Ｔ／ｍの極大絶対値に、半径方向に局所的に急峻化するように位置決めされた、少なくとも第２の超伝導バンプ成形ユニットを備える。

【0024】

第１の勾配および第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｚ）を有する幅の広い磁場バンプまたはディップの傾斜を成形するために、少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）がそれぞれ、以下のように、すなわち、正中面への射影において、磁場バンプモジュールがそれぞれ、
●第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を急峻化するための、１つまたは複数の上流側の超伝導バンプ成形ユニットと、
●幅の広い磁場バンプまたはディップを生成するための、１つまたは複数の超伝導バンプコイルと、
●第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２を急峻化するための、１つまたは複数の下流側の超伝導バンプ成形ユニットと、を備えると定義されている。

【0025】

上記の構成要素は、中心軸ｚを始点に半径方向に連続して配置され、かつ、所与の方位セクタ内に閉じ込められている。上記の構成要素の正中面への射影は、互いに重ね合わせることができる。

【0026】

磁場バンプまたはディップは、釣鐘形状の磁場バンプまたはディップの半値全幅ＦＷＨＭ（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）が、１５〜６０ｍｍの間、好ましくは２０〜５０ｍｍの間、より好ましくは２１〜４０ｍｍの間に含まれるように成形されることが好ましい。

【0027】

第１の磁場成形ユニットおよび第２の磁場成形ユニットはそれぞれ、
●磁性材料で作られている磁極、もしくは、
●１つまたは複数の磁場成形コイル、好ましくは、電源によって作動させると、成形磁場を生成する超伝導磁場成形コイル、または
●この２つの組み合わせ
によって形成することが可能である。

【0028】

同じことは、磁束リターンに当てはまり、それらはヨーク、またはコイル形態とすることが可能であり、また、超伝導コイルとすることも、超伝導コイルとしないことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0029】

本発明の性質についてより十分に理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照する。

【0030】

【図1】図１（ａ）は、磁場成形ユニットの半径方向距離全体にわたる半径方向位置の関数としてプロットされた磁場バンプの例を示す。図１（ｂ）は、超伝導バンプコイルのみで得られるような（本発明によらない）、磁場バンプの拡大図を示し、半径方向位置の関数としてプロットされた磁場バンプの例を示し、図示されているバンプは、バンプなしで測定されたｚ成分Ｂｚに対応するベースラインを減算することによって修正されている。図１（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による半径方向位置の関数としてプロットされた磁場バンプの例を示し、図示されているバンプは、バンプなしで測定されたｚ成分Ｂｚに対応するベースラインを減算することによって修正されている。図１（ｄ）は、本発明の第２の実施形態による半径方向位置の関数としてプロットされた磁場バンプの例を示し、図示されているバンプは、バンプなしで測定されたｚ成分Ｂｚに対応するベースラインを減算することによって修正されている。

【図2】図２は、加速粒子のビームの再生的抽出の原理を示す。

【図3】図３（ａ）は、磁極を有する本発明によるサイクロトロンの実施形態の上面図を示す。図３（ｂ）は、磁極を有する本発明によるサイクロトロンの実施形態の側面断面図を示す。

【図4】図４（ａ）は、磁場成形ユニットとしての、および磁束リターンとしての超伝導コイルを有する本発明によるサイクロトロンの実施形態の上面図を示す。図４（ｂ）は、磁場成形ユニットとしての、および磁束リターンとしての超伝導コイルを有する本発明によるサイクロトロンの第１の実施形態の側面断面図を示す。図４（ｃ）は、磁場成形ユニットとしての、および磁束リターンとしての超伝導コイルを有する本発明によるサイクロトロンの第２の実施形態の側面断面図を示す。図４（ｄ）は、磁場成形ユニットとしての、および磁束リターンとしての超伝導コイルを有する本発明によるサイクロトロンの第３の実施形態の側面断面図を示す。

【図5】図５（ａ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。図５（ｂ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。図５（ｃ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。図５（ｄ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。図５（ｅ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。図５（ｆ）は、本発明による磁場バンプモジュールの配置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明は、ハドロン、および特に、目標エネルギーＥｉを有する陽子などの、荷電粒子のビームを生み出す等時性サイクロトロン、およびシンクロサイクロトロンの両方を含むサイクロトロンに適用された加速粒子ビーム抽出システムに関する。粒子ビームの目標エネルギーは、おおよそ１５〜４００ＭｅＶ／核子、好ましくは６０〜３５０ＭｅＶ／核子の間、より好ましくは７０〜３００ＭｅＶ／核子の間とすることができる。図２、および図３に図示されているように、本発明によるサイクロトロンは、共通の中心軸ｚを中心に、中心軸ｚに対して垂直であり、かつ、サイクロトロンの対称面を規定している正中面Ｐの両側に互いに平行に配置された、少なくとも第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）を備える。正中面Ｐをまたいで延在する単一の超伝導主コイルを使用することが可能であるが、少なくとも２つの超伝導主コイルを正中面の両側に配置する方が好ましい。第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルは、電源によって作動させると、主磁場Ｂを生成する。

【0032】

サイクロトロンは、正中面Ｐの両側の第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイル内に配置され、かつ、加速ギャップ（６）によって互いに離隔された第１の磁場成形ユニット（４１）および第２の磁場成形ユニット（４２）もまた備える。第１の磁場成形ユニット（４１）および第２の磁場成形ユニット（４２）は、加速ギャップの中で、中心軸ｚに平行な主磁場のｚ成分Ｂｚを制御する。ｚ成分Ｂｚは、ＲＦ加速システムによって加速された粒子を、粒子ビームが後続する螺旋状の経路に沿って駆動する。ｚ成分Ｂｚの最大値によって特徴付けされる磁場が、好ましくは少なくとも３Ｔの、より好ましくは少なくとも４Ｔの、最も好ましくは少なくとも５Ｔの加速ギャップの中で生み出される。加速している粒子ビームが目標エネルギーＥｉに達すると、粒子ビームを加速ギャップ（６）から抽出しなければならない。

【0033】

磁場バンプモジュール（５１、５２）
加速されたエネルギーＥｉの粒子のビームを抽出するために、サイクロトロンは、作動させたときに、主磁場Ｂの中に局所的な磁場バンプを作り出すために、正中面Ｐの両側に配置され、かつ、共通の方位角φｂ上に周方向に延在する少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）を備える。磁場バンプモジュールはそれぞれ、電源によって作動させると、幅の広い磁場バンプまたはディップを局所的に生成する、少なくとも１つの超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）を備える。このように生成された磁場バンプは、バンプの最大の大きさが△Ｂｚの釣鐘形状を有しており、半径方向ｒにｚ成分Ｂｚの第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１によって規定されている。第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１は、本明細書では、釣鐘形状のバンプまたはディップの第１の側で測定された磁場勾配の最高絶対値として規定されている。言いかえれば、それは、バンプまたはディップの前記第１の側の最も急峻な傾斜である。摂動は、バンプまたはディップとすることができる。簡潔にするために、また、当技術分野ではよくあるように、「バンプ」という用語は、単独で使用される場合が多いが、この用語はディップの場合もまた包含すると解釈しなければならないことは明らかである。バンプの第１の側は、バンプの下流側であることが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。なお、下流は、サイクロトロンの中心を始点に、半径方向ｒに対して表現される。

【0034】

上記の背景技術の項で説明したように、低温が必要条件であるため、超伝導バンプコイルを、正中面Ｐから一定の距離に位置決めしなければならず、その結果、超伝導バンプコイルの対だけによって生成された磁場バンプの第１の勾配は、ビーム経路の最適な振動、および粒子ビームを抽出するための前記ビーム経路の中心の最適なオフセットを生成するには小さすぎる。図１（ｂ）は、超伝導バンプコイルの対（５１ｂ、５２ｂ）だけによって生成された磁場バンプの一例を図示する。図１（ｂ）〜図１（ｄ）では、第１の勾配は、バンプの上流部分を特徴付けしているように図示されているが、この代わりに、第１の勾配は、釣鐘形状のバンプの下流側部分を特徴付けすることができる。図では、上流および下流は、サイクロトロンの中心を始点に、半径方向に規定されている。

【0035】

本発明の要点は、少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１を局所的に急峻化するように位置決めされた、少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）を、磁場バンプモジュールそれぞれに提供することである。前記少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）を作動させると、第１の勾配は、好ましくは少なくとも２倍分だけ、より好ましくは少なくとも２．５倍分だけ、またさらには少なくとも３倍分だけ増加される。ここでもやはり、第１の勾配は、超伝導バンプ成形ユニットがない場合と、軸ｒに沿った同じ放射状の位置で、または同じ磁場の値Ｂｚで測定されたかどうかにかかわらず、前記超伝導バンプ成形ユニットを用いて得られたバンプまたはディップの最も急峻な傾斜として規定される。

【0036】

図１（ｃ）および図１（ｄ）は、本発明の２つの実施形態によるバンプモジュールの対（５１、５２）によって生成された磁場バンプを図示する（わかり易くするために、図では第１のバンプモジュール（５１）だけが表されている）。超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）を適切に位置決めすることにより、図１（ｃ）および図１（ｄ）に図示されたバンプの半値全幅（ＦＷＨＭ）が、超伝導バンプ成形ユニットなしで生成された図１（ｂ）の幅の広いバンプのＦＷＨＭよりも実質的に狭いことがわかる。本発明による磁場バンプモジュールによって生成された磁場バンプまたはディップの半値全幅ＦＷＨＭは、典型的には１５〜６０ｍｍの間、好ましくは２０〜５０ｍｍの間、より好ましくは２１〜４０ｍｍの間に含まれ得る。図１（ｂ）に図示されている、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）だけによって生成された幅の広い磁場バンプのＦＷＨＭ値は、典型的にはおおよそ７０ｍｍ以上である。言いかえれば、本発明によるバンプモジュールの対によって生成されたときの方が、超伝導バンプコイルの対（５１ｂ、５２ｂ）だけによって生成されたときよりもバンプは狭くなる。ＦＷＨＭは、式、ＦＷＨＭ≒２．３５σで近似値を求めることができる。式中、σは釣鐘形状のバンプの標準偏差である。バンプの大きさ△Ｂｚは、おおよそ０．５〜１．５Ｔ、好ましくはおおよそ０．７〜１．２Ｔ、より好ましくはおおよそ０．８〜１．０Ｔとすることができる。

【0037】

表１は、磁場バンプモジュールの対によって生成されたバンプで測定されたシグマ（σ）、ＦＷＨＭ、および△Ｂｚの値を一覧表示したものである。表１は、
●５１ｂ／５２ｂ：超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）だけの場合、ＦＷＨＭが７０．５ｍｍの幅の広いバンプが生じ、
●（５１ｂ＋５１ｓ）／（５２ｂ＋５２ｓ）：超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）および本発明による、図３および図４に図示された超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）の場合、ＦＷＨＭが２３．５ｍｍの、次のスチール鋼を用いて得られたものに類似した幅の狭いバンプが生じ、
●スチール鋼：最新技術、例えば、（特許文献２）による低炭素鋼、
を含んでいる。

【0038】

表１から、スチール鋼シム（ｓｈｉｍ）を用いて得られたものに非常に類似した磁場バンプが、本発明による磁場バンプモジュールを用いて得られたことがわかる。しかしながら、この結果の根底にある物理的原理は、鉄シム／スチール鋼シムとは反対のものである。鉄シムが局所的に磁場を増大させると、本発明の超伝導成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）は、第１の超伝導バンプコイル（５１ｂ）および第２の超伝導バンプコイル（５２ｂ）によって生成された幅の広い磁場バンプを局所的に縮小することによりバンプを成形し、鉄シムによって生み出されたバンプの形状を再生するが、大きさおよびＦＷＨＭを容易に制御し、変えることができるという追加の利点がある。これにより、超伝導成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）のことを呼ぶのに「シミング（ｓｈｉｍｍｉｎｇ）」ではなく「成形（ｓｈａｐｉｎｇ）」という用語が使用されている理由がわかる。抽出チャネルの開始において、超伝導成形ユニットの使用を想定することもまた可能である。

【0039】

本発明を用いて生成された幅の狭くなったバンプにともない生じた傾斜は、第１の勾配の値が大きくなり、実質的に急峻になっている。例えば、第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１は、図１（ｃ）および図１（ｄ）に図示されているような、本発明によるバンプモジュールを用いて生成されたバンプの半径方向に、少なくとも４０Ｔ／ｍの、好ましくは少なくとも６０Ｔ／ｍの、より好ましくは、少なくとも７０Ｔ／ｍの、最も好ましくは、少なくとも８０Ｔ／ｍの極大絶対値を有することができる。これらは、（特許文献１）または（特許文献２）に記載されている種類の鉄シムを使用することによって得られる値（表１参照）に匹敵する傾斜の値であり、オフセット△ｙ分だけ連続軌道の中心をシフトし、最終的には、（縮尺通りではない）図２に図示されているように、サイクロトロンから粒子ビームを導出する加速粒子の振動が生成可能な摂動に相当する傾斜の値である。超伝導バンプ成形ユニットがなければ、超伝導バンプコイルの対だけを備えるバンプモジュールを用いて生成された幅の広いバンプの対応する極大の第１の勾配は、おおよそ２０Ｔ／ｍである可能性があり、それは、加速粒子のビームの抽出に必要とされる種類の振動を作り出すには最適以下である。

【0040】

図１（ｃ）に図示されている１つの実施形態では、各磁場バンプモジュールの少なくとも１つの超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）は、印加された主磁場Ｂによって、および／または幅の広い磁場バンプによって作動させる受動的なバルク超伝導体とすることができる。受動的なバルク超伝導体は、超伝導材料のかたまりであり、どんな電源にも接続されていない。バルク超伝導材料は、特定の幾何的形状に機械加工することができる。

【0041】

この代わりに（またはこれに加えて）、超伝導バンプ成形ユニットは、図１（ｄ）に図示されているような、電源によって作動させる超伝導成形コイルを含むことができる。超伝導バンプコイルと同様に、超伝導成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）は、コイル状の細線、ワイヤ、リボン、テープなどによって形成された、１つまたは複数の超伝導成形コイルの形態とすることができる。受動的なバルク超伝導体は、動力源に接続する必要がないので、設置が簡単になる。しかしながら、バンプの形状および大きさは、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）の電流を制御することによってのみ制御することができる。超伝導成形コイルを使用することにより、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）および超伝導成形コイル（５１ｓ、５２ｓ）の両方の電流を変えることによって、バンプの形状および大きさを制御し易くすることが可能になる。これは、バンプと主磁場のｚ成分Ｂｚとの間の直線性を維持するためには、特に有利である。すべての場合において、特にシンクロサイクロトロンの場合、バンプの最大の大きさの、ｚ成分に対する比率△Ｂｚ／Ｂｚが、様々な抽出エネルギーでの荷電粒子の注入、加速、および抽出のサイクルの間、実質的に一定のままであることが好適である。

【0042】

第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）は、概して、Ｎｂ族（例えば、ＮｂＴｉ、Ｎｂ_３Ｓｎ、Ｎｂ_３Ａｌ）、またはＭｇＢ_２からの１つまたは複数の超伝導材料のような、低温超伝導体（ＬＴＳ）で作られている。ＬＴＳは、概して少なくとも２Ｋの、また概して、最高でも１０Ｋの、そして好ましくは、おおよそ４Ｋ±１Ｋの温度Ｔ２で、超伝導性を示すことができる。

【0043】

第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）は、典型的には、銅酸化物族（例えば、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物（ＢＳＳＣＯ）、イットリウム・バリウム・銅酸化物（ＹＢＣＯ）などの希土類金属・バリウム・銅酸化物（ＲＥＢＣＯ）、鉄系族（例えば、鉄−ランタニド族、鉄−ヒ化物族、ＦｅＳｅ族）、またはＭｇＢ_２からの１つまたは複数の超伝導材料などの、高温超伝導体（ＨＴＳ）で作ることができる。ＨＴＳは、概して少なくとも２０Ｋの、また概して最高でも７５Ｋの温度Ｔ１で、超伝導性を示すことができる。本発明による第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールは、超伝導体以外のどんな非超伝導性の鉄製部品も、どんな永久磁石部品も必要でないばかりか、むしろそれらを含まない方が好ましい。

【0044】

超伝導バンプ成形ユニットを使用して、バンプの大きさ△Ｂｚを比較的一定に保ちつつ、バンプを狭くすることによって、また釣鐘形状の幅の広いバンプの傾斜を急峻化することによって、その形状を修正する。磁場を是正するために受動的なシムまたは能動的なシムを用いることは、「シミング」のプロセスとして知られている。しかしながら、シミングが、特に磁気共鳴画像撮影（＝ＭＲＩ）装置において、主磁場Ｂを均質化する目的で知られている場合には、本発明の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）は、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）によって生成された摂動を鮮明化するという反対の目的を有する。

【0045】

第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）は、好ましくは１５°〜４０°の間、より好ましくは２５°〜３５°の間に含まれる所与の方位角φｂ上にのみ周方向に延在する。

【0046】

釣鐘形状のバンプは、（半径方向に）上流側の傾斜および下流側の傾斜によって規定され、そのうちの一方は、第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１によって特徴付けされ、他方は、ｚ成分Ｂｚの第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２によって、第１の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_１とは反対の符号の半径方向に特徴付けされる。第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２は、本明細書では、釣鐘形状のバンプまたはディップの第２の側で測定された磁場勾配の最高絶対値として規定されている。好適な一実施形態では、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールはそれぞれ、少なくとも１つの超伝導バンプコイルによって生み出された第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２を、好ましくは少なくとも２倍分だけ、半径方向に局所的に急峻化するように位置決めされた、少なくとも第２の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）を備える。第２の勾配（ｄＢｚ／ｄｒ）_２の極大絶対値は、好ましくは少なくとも４０Ｔ／ｍ、最も好ましくは少なくとも６０Ｔ／ｍ、理想的には、少なくとも７０Ｔ／ｍ、さらに理想的には、少なくとも８０Ｔ／ｍである。

【0047】

釣鐘形状のバンプの上流側の傾斜および下流側の傾斜の両方を急峻化するために、少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）をそれぞれ、以下のように、すなわち、正中面への射影において、磁場バンプモジュールはそれぞれ、
●上流側の傾斜を急峻化するための、１つまたは複数の上流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）と、
●幅の広い磁場バンプまたはディップを生成するための、１つまたは複数の超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）と、
●下流側の傾斜を急峻化するための１つまたは複数の下流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）と、を備える
と定義されているとともに、中心軸ｚを始点に半径方向に連続して配置され、かつ、角度φｂの所与の方位セクタ内に閉じ込められていることが好適である。引き続き説明し、また、図１（ｃ）および図１（ｄ）、ならびに図３〜図５に図示するように、１つまたは複数の上流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）および下流側の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）は、必ずしも正中面Ｐからの距離が、１つまたは複数の超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）と同じであるとは限らない。上流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）および下流側の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）の方が、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）よりも正中面の近くに位置していることが好適である。上流側の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）および下流側の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）の、正中面への射影は、したがって、図３（ａ）および図４（ａ）に図示されているように、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）の射影と重ね合わせることができる。

【0048】

サイクロトロン
本発明は、超伝導等時性サイクロトロンおよびシンクロサイクロトロンにも同様に関する。主磁場のｚ成分の大きさＢｚとは独立してバンプの大きさを変えることができるので、特に有利である。超伝導主コイル（１１、１２）が主磁場Ｂを生成する場合、加速ギャップ（６）の中のそのｚ成分は、第１の磁場成形ユニット（４１）および第２の磁場成形ユニット（４２）によって制御される。

【0049】

磁場成形ユニット（４１、４２）は、図３に図示されているような、磁性材料で作られた第１の磁極および第２の磁極とすることができる。第１の磁極および第２の磁極を備えるサイクロトロンは、当技術分野において周知であり、例えば、（特許文献２）および（特許文献３）にはシンクロサイクロトロンについて、また（特許文献４）には等時性サイクロトロンについて記載されている。等時性サイクロトロンでは、荷電粒子のビームを集束させるために、磁極は概して、中心軸のまわりに交互に分布した谷（ｖａｌｌｅｙ）セクタによって離隔された丘（ｈｉｌｌ）セクタを形成している。

【0050】

磁極の代わりに、または磁極と組み合わせて、磁場成形ユニット（４１、４２）は、磁場成形コイル、好ましくは、図４に図示され、また例えば、シンクロサイクロトロンおよび等時性サイクロトロンの両方について（特許文献５）に、および等時性サイクロトロンについて（特許文献６）に記載されているような、電源によって作動させると、成形磁場を生成する超伝導コイルを含むことができる。

【0051】

同じことが磁束リターン（７）に当てはまり、磁束リターンは、図３に図示されているようなバルク磁性材料で作ることができるし、コイル、好ましくは、図４に図示されているような超伝導コイル（７ｓ）を含んでもよい。本発明は、前述のタイプのサイクロトロンのいずれにも適用することができる。

【0052】

磁場バンプモジュール（５１、５２）の配置
真空チャンバ
図５は、磁場バンプモジュール（５１、５２）の様々な配置を図示する。各磁場バンプモジュールの超伝導部品は、真空チャンバ（３１、３２）内に封入されていなければならない。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されているように、単一の真空チャンバが正中面（Ｐ）をまたいで延在することが可能であるとともに、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールを含むことが可能である。単一の真空チャンバは、第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルを封入することもまた可能であり（図５（ａ）参照）、また、図４（ｄ）に図示されているような超伝導磁場成形コイル（４１、４２）、および／または図４（ｂ）に示されているような超伝導磁束リターンコイル（７ｓ）を封入することもまた可能である。あるいは、単一の真空チャンバ（３１）は、第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールだけを備える。この実施形態では、超伝導主コイル（１１、１２）およびサイクロトロンの任意の他の超伝導コイルは、図５（ｂ）および図５（ｃ）に図示されているように、１つまたは複数の別個の真空チャンバ（３１ｍ、３２ｍ）に収容されている。真空チャンバ内では、おおよそ１０^−３ミリバール（ｍｂａｒ）未満の圧力が必要である。

【0053】

図５（ｄ）〜図５（ｆ）に図示されている代替的な一実施形態では、第１の磁場バンプモジュール（５１）は、正中面Ｐの一方の側に位置する第１の真空チャンバ（３１）に封入され、第２の磁場バンプモジュール（５２）は、正中面Ｐのもう一方の側に位置する第２の真空チャンバ（３２）に封入されている。第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）、そして任意選択的に、図５（ｄ）に示されているように、サイクロトロンの任意の他の超伝導コイルを第１の真空チャンバおよび第２の真空チャンバにそれぞれ封入することができる。あるいは、第１の超伝導主コイルおよび第２の超伝導主コイルは、図５（ｅ）に示されているような、第１の真空チャンバ（３１）および第２の真空チャンバ（３２）から離隔された、単一の真空チャンバ（３１ｍ）に封入されているか、または図５（ｆ）に示されているような、２つの別個の真空チャンバ（３１ｍ、３２ｍ）に封入されている。

【0054】

放射シールド
本発明のサイクロトロンは、少なくとも第１の放射シールド（２１）を備える。第１の放射シールド（２１）は、第１の真空チャンバ（３１）に封入されているとともに、少なくとも第１の磁場バンプモジュールを収容している。放射シールドは、その中に収容されている超伝導素子を放射による熱移動から断熱するために使用される。熱シールドは、通常、積層断熱（ＭＬＩ＝ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）が内側に施されたアルミニウム板または銅板で作られているが、これは、当業者にはよく知られている。

【0055】

前述した単一の真空チャンバ（３１）を備える実施形態では、正中面Ｐをまたいで延在する単一の放射シールド（２１）が、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されているように、両方の磁場バンプモジュール（５１、５２）を封入することができる。あるいは、第１の放射シールド（２１）は、第１の磁場バンプモジュール（５１）を封入することができ、正中面Ｐに対して対称的に位置する第２の放射シールド（２２）が、第２の磁場バンプモジュール（５２）を封入することができる。他の超伝導素子は、第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）を含み（図５（ａ）参照）、そして任意選択的に、超伝導磁場成形コイル（４１、４２）を含む１つまたは２つの放射シールドに封入することができる。

【0056】

第１の真空チャンバ（３１）および第２の真空チャンバ（３２）を備える実施形態では、第１の放射シールド（２１）および第２の放射シールド（２２）は、図５（ｄ）〜図５（ｆ）に図示されているように、第１の真空チャンバおよび第２の真空チャンバにそれぞれ封入されている。第１の放射シールド（２１）および第２の放射シールド（２２）は、第１の磁場バンプモジュール（５１）および第２の磁場バンプモジュール（５２）を封入している。それらは、第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）と同様に、サイクロトロンの任意の他の超伝導素子もまた封入していてもよい。あるいは、第１の超伝導主コイル（１１）および第２の超伝導主コイル（１２）、ならびにサイクロトロンの任意の他の超伝導素子は、自身の１つまたは複数の放射シールド（２１ｍ、２２ｍ）であって、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｅ）、および図５（ｆ）に示されているように、自身のコールドマス構造体（９１ｍ、９２ｍ）の一部である放射シールド（２１ｍ、２２ｍ）内に収容することができる。

【0057】

低温冷却機（８１、８２）
超伝導素子（５１ｂ、５１ｓ、５２ｂ、５２ｓ）をそれぞれの臨界温度未満に至らせるために、磁場バンプモジュール（５１、５２）は、１つまたは複数の低温冷却機（８１、８２）に熱結合されている。前述したように、超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）は、液体ヘリウム温度に近い１０Ｋ未満の温度Ｔ２に冷却しなければならない低温超伝導体（ＬＴＳ）で作られていることが好ましく、一方、超伝導成形コイル（５１ｓ、５２ｓ）は、液体窒素温度に近い、おおよそ３０〜７５Ｋの温度Ｔ１＞Ｔ２に冷却することが可能な高温超伝導体（ＨＴＳ）で作られていることが好ましい。この理由で、１つまたは複数の低温冷却機がそれぞれ、第１の平均温度Ｔ１に構造体を冷却するのに適した第１の段（８１ｗ、８２ｗ）と、Ｔ２＜Ｔ１である第２の平均温度Ｔ２に構造体を冷却するのに適した第２の段（８１ｃ、８２ｃ）と、を含むことが好適である。

【0058】

図３（ｂ）に図示されているように、各低温冷却機の第１の段（８１ｗ、８２ｗ）は、第１の平均温度Ｔ１に対応する放射シールド（２１、２２）を冷却するために、前記放射シールドに熱結合されていることが好ましい。この実施形態では、第１のＨＴＳ超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）および第２のＨＴＳ超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）は、上記のように冷却された対応する放射シールド（２１、２２）と熱接触しており、したがって、第１の平均温度Ｔ１で維持されており、これにより、バンプ成形ユニットは超伝導特性を有する。

【0059】

各低温冷却機の第２の段（８１ｃ、８２ｃ）は、対応する放射シールド（２１、２２）の内部に位置し、かつ、ＬＴＳ超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）を含むコールドマス構造体（９１ｃ、９２ｃ）に熱結合されていることが好ましい。コールドマス構造体は、上記のように第２の平均温度Ｔ２に冷却することができる。図５（ａ）に図示されているように、サイクロトロンは、第１のＬＴＳ超伝導バンプコイル（５１ｂ）および第２のＬＴＳ超伝導バンプコイル（５２ｂ）を含む単一のコールドマス構造体（９１ｃ）を備えていてもよい。この実施形態では、単一のコールドマス構造体を冷却するためには、単一の低温冷却機（８１）で十分である。あるいは、複数個の低温冷却機を使用して、冷却能力を高めることができる。代替的な実施形態では、図３（ｂ）に示されているように、第１のＬＴＳ超伝導バンプコイル（５１ｂ）は、第１の低温冷却機（８１）の第２の段と熱接触している第１のコールドマス構造体（９１ｃ）に属し、第２のＬＴＳ超伝導バンプコイル（５２ｂ）は、第２の低温冷却機（８２）の第２の段と熱接触している第２のコールドマス構造体（９２ｃ）に属する。１つまたは複数のコールドマス構造体は、超伝導主コイル（１１、１２）、および／または、超伝導磁場成形ユニット（４１、４２）をさらに含んでいてもよい。

【0060】

要約すると、本発明によるサイクロトロンは、
●第１の真空チャンバ（３１）と、
●前記第１の真空チャンバ（３１）に収容された第１の放射シールド（２１）と、
●第１の放射シールド（２１）の内部に位置し、かつ、少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）の超伝導バンプコイル（５１ｂ）を含む第１のコールドマス構造体（９１ｃ）であって、任意選択的に、
○少なくとも第１の超伝導主コイル（１１）、および／または
○少なくとも第１の超伝導磁場成形ユニット（４１）、
をさらに含む第１のコールドマス構造体（９１ｃ）と、
●少なくとも第１の低温冷却機（８１）であって、
○第１の平均温度Ｔ１で第１の放射シールドを冷却するために、前記第１の放射シールド（２１）に結合された第１の段（８１ｗ）であって、少なくとも第１の磁場バンプモジュール（５１）の超伝導バンプ成形ユニット（５１ｓ）が、第１の放射シールド（２１）と、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している第１の段（８１ｗ）、および
○Ｔ１よりも低温の第２の平均温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）に第１のコールドマス構造体を冷却するために、前記第１のコールドマス構造体に結合された第２の段（８１ｃ）を備える第１の低温冷却機（８１）と、
を備える第１の真空ユニットが設けられている。

【0061】

第１の真空チャンバ（３１）が正中面Ｐ上に延在する図５（ａ）〜図５（ｃ）に図示されている実施形態では、第１の放射シールド（２１）は、（Ａ）正中面Ｐ上に延在するか、または（Ｂ）正中面の一方の側に位置するか、のいずれかとすることができる。

【0062】

第１の放射シールド（２１）が正中面Ｐ上に延在する場合には、
●第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプコイル（５２ｂ）であって、第１のコールドマス構造体（９１ｃ）に含まれるか、または、第２の平均温度Ｔ２で第２のコールドマス構造体を冷却するために、第１の低温冷却機（８１）または第２の低温冷却機（８２）の第２の段（８１ｃ、８２ｃ）に結合された前記第２のコールドマス構造体（９２ｃ）に含まれる超伝導バンプコイル（５２ｂ）と、
●第１の平均温度Ｔ１に冷却するために、第１の放射シールド（２１）と熱接触している第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）と、
●任意選択的に、第２の超伝導主コイル（１２）、および／または、第１のコールドマス構造体、または、第１の低温冷却機もしくは第２の低温冷却機の第２の段によって第２の平均温度Ｔ２で維持された、第２のコールドマス構造体（９２ｃ）に属することが可能な、第２の超伝導磁場成形ユニット（４２）と、をさらに含むことができる。あるいは、

【0063】

第１の放射シールド（２１）が正中面の一方の側に位置している場合には、サイクロトロンは、
●正中面Ｐに対して第１の放射シールド（２１）と対称的に位置する第２の放射シールド（２２）であって、
●第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプコイル（５２ｂ）を含み、そして任意選択的に、第２のコールドマス構造体（９２ｃ）であって、
○第２の超伝導主コイル（１２）、および／または
○第２の超伝導磁場成形ユニット（４２）をさらに含む
第２のコールドマス構造体（９２ｃ）と、
●第１の放射シールド（２１）に結合された低温冷却機と同じもの、または異なるものとすることが可能な、少なくとも１つの低温冷却機（８１、８２）であって、
○第１の平均温度Ｔ１に第２の放射シールドを冷却するために、前記第２の放射シールド（２２）に結合された第１の段（８１ｗ、８２ｗ）であって、第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）が、第２の放射シールド（２２）と、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している第１の段（８１ｗ、８１ｗ）、および、
○第２の平均温度Ｔ２に第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段（８２ｃ）を備える
少なくとも１つの低温冷却機（８１、８２）と、
を封入している前記第２の放射シールド（２２）をさらに備えることができる。

【0064】

第１の真空ユニットが正中面Ｐの一方の側に位置し、かつ、サイクロトロンが、正中面Ｐに対して第１の真空ユニットと対称的に同一である第２の真空ユニットを備える図５（ｄ）〜図５（ｆ）に図示されている実施形態では、前記第２の真空ユニットは、
●第２の真空チャンバ（３２）と、
●前記第２の真空チャンバ（３２）に収容された第２の放射シールド（２２）と、
●第２の放射シールド（２２）の内部に位置し、かつ、第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプコイル（５２ｂ）を含む第２のコールドマス構造体（９２ｃ）であって、任意選択的に、
○第２の超伝導主コイル（１２）、および／または
○第２の超伝導磁場成形ユニット（４２）をさらに含む
第２のコールドマス構造体（９２ｃ）と、
●少なくとも第２の低温冷却機（８２）であって、
○第１の平均温度Ｔ１で第２の放射シールドを冷却するために、前記第２の放射シールド（２２）に結合された第１の段（８２ｗ）であって、第２の磁場バンプモジュール（５２）の超伝導バンプ成形ユニット（５２ｓ）が、第２の放射シールド（２２）と、第１の平均温度Ｔ１で、熱接触している第１の段（８２ｗ）、および、
○第２の平均温度Ｔ２に第２のコールドマス構造体を冷却するために、前記第２のコールドマス構造体に結合された第２の段（８２ｃ）を備える
第２の低温冷却機（８２）と、
を備える。

【0065】

ＨＴＳ材料を超伝導磁場成形ユニット（５１ｓ、５２ｓ）に使用する利点の１つは、それらを放射シールド壁と直接接触させて配置することができることにより、低温の温度Ｔ２で維持されなければならないＬＴＳ超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）よりも、加速ギャップ（６）に実質的にさらに近づけて配置することができ、加速ギャップから物理的にさらに遠ざけて配置することができる、ということである。したがって、ＬＴＳ超伝導バンプコイル（５１ｂ、５２ｂ）によって生成される幅の広いバンプの成形の精度を大幅に高めることができる。

【符号の説明】

【0066】

６ 加速ギャップ
７ 磁束リターン
７ｓ 磁束リターンコイル
１１ 第１の超伝導主コイル
１２ 第２の超伝導主コイル
２１ 第１の放射シールド
２１ｍ 第１の主コイル放射シールド
２２ 第２の放射シールド
２２ｍ 第２の主コイル放射シールド
３１ 第１の真空チャンバ
３１ｍ 第１の主コイル真空チャンバ
３２ 第２の真空チャンバ
３２ｍ 第２の主コイル真空チャンバ
４１ 第１の磁場成形ユニット
４２ 第２の磁場成形ユニット
５１ 第１の磁場バンプモジュール
５１ｂ 第１の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイル
５１ｓ 第１の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニット
５２ 第２の磁場バンプモジュール
５２ｂ 第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプコイル
５２ｓ 第２の磁場バンプモジュールの超伝導バンプ成形ユニット
８１ 第１の低温冷却機
８１ｃ 第１の低温冷却機のＴ２における第２の段
８１ｗ 第１の低温冷却機のＴ１における第１の段
８２ 第２の低温冷却機
８２ｃ 第２の低温冷却機のＴ２における第２の段
８２ｗ 第２の低温冷却機のＴ１における第１の段
９１ｃ 第１のコールドマス構造体
９１ｍ 第１の超伝導バンプコイルを除くコールドマス構造体
９２ｃ 第２のコールドマス構造体
９２ｍ 第２の超伝導バンプコイルを除くコールドマス構造体
Ｂ 主磁場
Ｂｚ 主磁場のｚ成分
△Ｂｚ 局所的な磁場バンプ
（ｄＢｚ／ｄｒ）_１ 局所的な磁場バンプの第１の勾配
（ｄＢｚ／ｄｒ）_２ 局所的な磁場バンプの第２の勾配
Ｐ 正中面
ｒ 中心軸Ｚに垂直な半径方向
Ｔ１ 第１の平均温度（Ｔ１＞Ｔ２）
Ｔ２ 第２の平均温度（Ｔ２＜Ｔ１）
Ｚ 中心軸
φｂ 第１の磁場バンプモジュールおよび第２の磁場バンプモジュールの延在方位角

【図1-1】

【図1-2】

【図2】

【図3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5】