JP5682903B2 - 空芯型サイクロトロン - Google Patents
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Description
又、請求項2,3に記載の発明は、小型であり設置コストや運用コストが低廉でありながら、重粒子につきがん治療等に利用可能なエネルギーを有するまで安定して加速が可能であってより一層強度や耐久性を向上した空芯型サイクロトロンを提供することを目的としたものである。
図1は本発明の空芯型サイクロトロン(以下「サイクロトロン」という)のコイルシステム1の斜視図であり、図2はコイルシステム1の平面図である。サイクロトロンは、図示しないカバーの内部にコイルシステム1を有しており、又荷電粒子を生成してコイルシステム1の中央付近に入射させる図示しないイオン源と、コイルシステム1の外側に配置される図示しないビーム取出し口と、コイルシステム1を所定温度まで冷却する図示しない冷却装置と、前記カバーの内部を真空にする図示しない真空ポンプと、荷電粒子の所定の周回周期(回転周波数)に同期して加速用のインパルス磁場を付与する図示しない加速電極と、これらの制御を行う図示しない制御装置と、これらに電力を供給する図示しない電力供給装置(電源)を有する。なお、外部への磁場強度を低減するシールド用磁性体を更に設けても良い。
各メインコイルユニット2は、それぞれ孔あき円盤状(輪状)である、メインスプリットコイル21、第1補正スプリットコイル22、第2補正スプリットコイル23を含む。メインスプリットコイル21、第1補正スプリットコイル22、第2補正スプリットコイル23は、同一の鉛直線上にそれぞれの中心が位置するように配置されている。
このようなメインコイルユニット2,2の生成磁場等を図4に示す。メインコイルユニット2,2の生成磁場(DESIGN)は、炭素6価プラスイオン12C6+を一定の回転周波数において400MeV/核子まで加速可能な理想的磁場(TARGET)に対し、誤差(ERROR)の少ない状態(最大約0.1T)となっている。
各スパイラルセクターコイルユニット4は、複数のスパイラルセクターコイル41を含んでいる。各スパイラルセクターコイル41は、湾曲した扇形に沿うように巻いた空芯のコイルであり、メインスプリットコイル21と同様、酸化物超電導線材により形成され、又図示しないシールドにより冷却可能に覆われ、前記電源と通電可能に接続されている。そして、各スパイラルセクターコイル41は、湾曲により凸となる側が時計回りで正の側となるよう互いに回転対称に配置されており、又互いに円周方向で等間隔となるように配置されている。なお、各スパイラルセクターコイル41につき、凸側を時計回り負の側に配置しても良い。
このように形成されたスパイラルセクターコイルユニット4,4が生成する磁場は、次に説明するように、等時性磁場中の加速粒子に強い収束力をもたらす。
図9に、一対のメインコイルユニット2,2と、その内部に収まる一対のスパイラルセクターコイルユニット4,4により形成される加速平面の磁場(平面視)を示し、図10(a)に、加速平面の各半径の円軌道における周方向の磁場分布を示し、図10(b)に、加速平面の中心から径方向(半径方向)にかけての磁場分布を示し、図10(c)に、加速平面の中心から径方向にかけてのフラッターの分布を示す。
なお、主に上記形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。コイルの数は様々に変更でき、片側のメインコイルユニットにおいて1個、2個あるいは4個以上として良いし、片側のスパイラルセクターコイルユニットにおいて3個以下あるいは5個以上として良い。コイルにつき、断面積に基づきメインスプリットコイルと補正スプリットコイルとに分けず、全て同様の断面積を有するようにしたり、各コイルで様々な断面積をもつようにしたりして良い。又、メインスプリットコイルを補正スプリットコイルより加速磁場に対して遠くに配置して良い。各種コイルの寸法や配置につき、磁気勾配形状や磁束密度の高さ等に応じて微調整し、あるいは変更することができる。一方のメインコイルユニットは、他方のメインコイルユニットにおける全てのコイルに対して鏡面対称であるコイルのみから成る必要はなく、他方のメインコイルユニットにはない微調整用のコイルを追加して配備する等、他方のメインコイルユニットに属する複数のコイルに対して鏡面対称であるコイルを含むのであればどのような構成を採用しても良く、スパイラルセクターコイルユニットについても同様である。
2 メインコイルユニット
4 スパイラルセクターコイルユニット
41 スパイラルセクターコイル
Claims (7)
- 軸方向に対向し、半径方向に等時性磁場を形成する一対のメインコイルユニットと、
軸方向に対向し、円周方向に強弱のある磁場を形成する一対のスパイラルセクターコイルユニットを有しており、
各当該スパイラルセクターコイルユニットは、3個以上のスパイラルセクターコイルを含んでおり、
各当該スパイラルセクターコイルは、酸化物超電導導体を、湾曲する扇形に沿うように巻いた空芯のコイルであり、互いに回転対称となるように配置されており、
各前記スパイラルセクターコイルにおける前記扇形は、円周方向と交わる辺における接線と、当該接線の接点を通る半径方向のなす角であるスパイラル角が90度未満となるように形成されている
ことを特徴とする空芯型サイクロトロン。 - 軸方向に対向し、半径方向に等時性磁場を形成する一対のメインコイルユニットと、
軸方向に対向し、円周方向に強弱のある磁場を形成する一対のスパイラルセクターコイルユニットを有しており、
各当該スパイラルセクターコイルユニットは、3個以上のスパイラルセクターコイルを含んでおり、
各当該スパイラルセクターコイルは、酸化物超電導導体を、湾曲する扇形に沿うように巻いた空芯のコイルであり、互いに回転対称となるように配置されており、
各前記スパイラルセクターコイルは、複数の曲率半径の曲線を滑らかに接続した外形のジグに酸化物超電導導体を巻き付けて形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の空芯型サイクロトロン。 - 各前記スパイラルセクターコイルは、曲げ半径が所定値以上となるように形成されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空芯型サイクロトロン。 - 前記メインコイルユニットは、酸化物超電導導体を輪状に巻いて成る空芯のメインスプリットコイルを、複数軸方向に並べたものである
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の空芯型サイクロトロン。 - 各前記メインコイルユニットにあって、他のメインコイルユニットに近い前記メインスプリットコイルの外径に対し、当該メインスプリットコイルより遠いメインスプリットコイルの内径が、より小さくなっている
ことを特徴とする請求項4に記載の空芯型サイクロトロン。 - 一対の前記スパイラルセクターコイルユニット、及び/又は、一対の前記メインコイルユニットは、互いに鏡面対称に配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れかに記載の空芯型サイクロトロン。 - 前記酸化物超電導導体は、ビスマス系酸化物超電導体、又は、RE−123系酸化物超電導体(REBa2Cu3O7−δ、REはイットリウムを含む希土類元素)である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項6の何れかに記載の空芯型サイクロトロン。
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