Brevet FR2680941A1 — publié le 19930305

DISPOSITIF POUR INJECTER DES IONS DANS UN CYCLOTRON Le présente invention concerne un dispositif pour injecter des protons de basse énergie dans la région centrale d'un cyclotron. L'invention peut également servir pour injecter des autres ions, positifs ou négatifs, de basse energie dans la région centrale d'un cyclotron, ou un autre type d'accélérateur de particules. Un cyclotron est une machine pour accélérer des particules préalablement injectés au centre d'un champ magnétique. Le processus d'accélération ne marche que sur les particules avec une charge éléctrique, c'est à dire des ions positifs ou négatifs. Cependant il est difficile d'injecter les particules chargés de basse énergie parce qu'elles sont déviées latéralement par le champ magnétique. Traditionellement un faisceau de particules chargées (protons ou ions négatifs d'hydrogène) préparé à l'extérieur de l'aimant, est projeté dans une direction parallèle aux lignes de champ magnétique à travers un trou axial percé dans le cadre de l'aimant.Une fois arrivé au centre, le faisceau doit être dirigé dans une direction perpendiculaire au champ magnétique par un champ électrique agissant sur un infiecteur. Cette solution présente plusieurs inconvénients: tension électrique élevé sur l'inflecteur, trou dans le fer qui perturbe le champ magnétique, difficulté de centrer le faisceau comme il faut, complexité, et la source d'ions doit fonctionner à une tension élevée. Le dispositif selon I'invention permet d'injecter les particules dans la bonne direction, soit perpendiculaire aux lignes de champ magnétique. I1 comporte une source d'ions, positifs ou négatifs, et un pré-accélérateur traditionel, suivi selon la prémière caractéristique d'un échangeur de charge dans lequel une importante partie du faisceau est neutralisé, c'est à dire transformé en faisceau d'atomes neutres. Ce faisceau neutre peut traverser le champ magnétique du cyclotron sans être dévié. L'invention comporte en plus, selon la deuxième caractéristique, un deuxième échangeur de charge, monté à I'intérieur de l'aimant est traversé par le faisceau d'atomes neutres, avec l'effet qu'une partie importante du faisceau est transformée de nouveau en ions chargés, positifs ou négatifs, prêts à être accélérés par le cyclotron. Selon des modes particuliers de réalisation: - le premier échangeur de charge peut être une cellule de gaz à basse pression. - le gaz dans la cellule peut être de l'hydrogène. - ou alternativement le premier échangeur de charge peut être une mince feuille de matière solide. - le deuxième échangeur de charge peut être une mince feuille de matière solide. - la mince feuille de matière solide peut être une feuille de carbone, métal ou plastique. - la source d'ions peut produire un faisceau de protons, ou d'ions négatifs d'hydrogène, ou d'ions positifs ou négatifs d'un autre élément. - le faisceau sortant du deuxième échangeur de charge et accéléré par le cyclotron peut être positif ou négatif - la position du deuxième échangeur de charge, et la direction d'arrivée du faisceau, peuvent être ajustées pour bien positioner la première orbite des particules dans le cyclotron. - la source d'ions peut fonctionner à une tension proche de la terre ce qui entraine des économies et facilite les reglages. Le dessin annexé illustre l'invention. La figure 1 répresente en coupe le dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif comporte une source d'ions traditionnelle (I), une électrode d'extraction (2) et une électrode d'accélération (3), alimentée par une haute tension électrique, 50 kV à titre d'exemple non limitatif, entourée par une bobine magnétique de focalisation (4), et suivie par un échangeur de charge qui en cette exemple est une cellule de gaz à basse pression (5). Le pression de gaz dans la cellule est reglée par le debit de gaz entrant par le tuyau (6), en rapport avec la puissance des pompes à vides et le diamètre des diaphragmes (7). La pression doit être suffisante pour neutraliser une bonne partie du faisceau, sans causer trop de perte par diffusion latérale. Le faisceau de particules chargées (indiqué par la flèche noire) passe à travers l'électrode (3) et la cellule de gaz (5) dans laquelle une partie importante est neutralisée. Le faisceau neutre sortant de la cellule, indiqué par la flèche pointillée (8), traverse en ligne droite l'entrefer de l'aimant (9), illustré en partie seulement, et arrive vers le centre de l'aimant sur une mince feuille de carbone(l0). Une partie du faisceau (11) sortant de la feuille est de nouveau chargée et prête à être accélérée par le cyclotron. A l'exception de la cellule de gaz (5) toute la ligne d'injection est maintenue à vide selon les méthodes traditionelles. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à injecter les protons dans les cyclotrons de faible ou moyenne intensité, utilisés pour les applications médicaux. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour injecter un faisceau d'ions dans le champ magnétique d'un cyclotron ou autre accélérateur caractérisé en ce qu'il comporte un premier échangeur de charge à l'extérieur de l'aimant, et un deuxième échangeur de charge à l'intérieur de l'aimant. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier échangeur de charge à l'extérieur de l'aimant comporte une cellule de gaz (5) à basse pression. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le gaz soit de l'hydrogène. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que Ie premier échangeur de charge comporte une mince feuille de matière solide. 5) Dispositif selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que la mince feuille de matière solide comporte une feuille de carbone, métal ou plastique. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la deuxième échangeur de charge à l'intérieur de l'aimant comporte une mince feuille (10) de matière solide. 7) Dispositif selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce que la mince feuille de matière solide comporte une feuille de carbone, métal ou plastique. 8) Dispositif selon une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la source d'ions fonctionne à une tension proche de la masse.