(57)【要約】  例の粒子治療システムは、シンクロサイクロトロンと、その上にシンクロサイクロトロンが取り付けられて、患者の治療領域に対して前記シンクロサイクロトロンを位置決めするために患者体位の周りを回転するガントリーと、を含む。シンクロサイクロトロンは、電流を受け取るための且つ電流に応じて磁場を発生させるためのコイルを有する磁石を含む。磁場は前記電流に対応するエネルギーにてキャビティ内で軌道的に粒子を動かし、コイルは一緒に巻かれた複数の統合された導体を含む。統合された導体は、導電性又は超電導材料を含むコアと、コアの周りに巻き付けられた少なくとも６個のストランドであって、少なくとも６個のストランドの各々が超電導材料を含む、少なくとも６個のストランドと、を含む。シンクロサイクロトロンは、キャビティから粒子を受け取るための且つキャビティから受け取られた粒子を出力するための引き出しチャネルと、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合された導体であって、
コアと、
前記コアの周りに巻き付けられた少なくとも６個のストランドであって、前記少なくとも６個のストランドの各々が超電導材料を含む、少なくとも６個のストランドと、
を含む、統合された導体、
を含む、超電導コイル。
【請求項２】
前記少なくとも６個のストランドが、６個のストランドである、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記超電導材料が、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）を含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記コアが、超電導材料から成る中央ストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項５】
前記中央ストランドが、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）を含む、請求項４に記載の超電導コイル。
【請求項６】
前記コアが、非超電導中央ストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項７】
前記中央ストランドが、銅を含む、請求項６に記載の超電導コイル。
【請求項８】
前記コアが、少なくとも６個のストランドとは異なる直径を有するストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記コアが、前記少なくとも６個のストランドと同じ直径を有するストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項１０】
前記コアが、０．８ｍｍ未満の直径を有するストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項１１】
前記コアが、０．７ｍｍ未満の直径を有するストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項１２】
前記コアが、０．６ｍｍ未満の直径を有するストランドを含む、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項１３】
各ストランドが、超電導材料を含むフィラメントから成る断面を有し、前記フィラメントが、複数の屈曲点を包含する幾何学的パターン内であり、前記フィラメントの内の１以上が、前記複数の屈曲点の各々で存在しない、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項１４】
超電導ストランドから成る超電導コイルであって、
超電導ストランドが、
導電性サポートを通って長手方向に伸びるフィラメントを有する導電性サポートであって、前記フィラメントが超電導材料を含む、導電性サポート、を含む構造を有し、
前記超電導ストランドの断面では、前記フィラメントが、複数の屈曲点から成る幾何学的パターン内であり、前記フィラメントの内の１以上が、前記複数の屈曲点の各々で存在しない、超電導コイル。
【請求項１５】
前記幾何学的パターンが、六角形形状を含み、フィラメントが、前記六角形形状の各屈曲点で存在しない、請求項１４に記載の超電導コイル。
【請求項１６】
１以上のフィラメントの数が５４個である、請求項１４に記載の超電導コイル。
【請求項１７】
前記導電性サポートが、銅を含む、請求項１４に記載の超電導コイル。
【請求項１８】
前記超電導材料が、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）を含む、請求項１４に記載の超電導コイル。
【請求項１９】
前記ストランドが、統合された導体の一部であり、
前記統合された導体が、
コアと、
前記コアの周りに巻かれた超電導ストランドの総数が少なくとも６個であるように他の超電導ストランドに沿って前記コアの周りに巻かれた超電導ストランドと、を含む、請求項１４に記載の超電導コイル。
【請求項２０】
前記コアが、超電導材料から成る中央ストランドを含む、請求項１９に記載の超電導コイル。
【請求項２１】
前記コアが、非超電導ストランドから成る中央ストランドを含む、請求項１９に記載の超電導コイル。
【請求項２２】
前記コアが、前記少なくとも６個のストランドとは異なる直径を有する中央ストランドを含む、請求項１９に記載の超電導コイル。
【請求項２３】
前記コアが、前記少なくとも６個のストランドと同じ直径を有する中央ストランドを含む、請求項１９に記載の超電導コイル。
【請求項２４】
前記同じ直径が、０．７ｍｍ未満である、請求項２３に記載の超電導コイル。
【請求項２５】
シンクロサイクロトロンと、
その上に前記シンクロサイクロトロンが取り付けられて、患者の治療領域に対して前記シンクロサイクロトロンを位置決めするために患者体位の周りを回転するガントリーと、
を含む粒子治療システムであって、
前記シンクロサイクロトロンが：
電流を受け取るための且つ前記電流に応じて磁場を発生させるためのコイルを含む磁石であって、前記磁場は前記電流に対応するエネルギーにてキャビティ内で軌道的に粒子を動かすためのものであり、前記コイルは一緒に巻かれた複数の統合された導体を含み、
統合された導体が、
導電性又は超電導材料を含むコアと、
前記の周りに巻かれた少なくとも６個のストランドであって、前記少なくとも６個のストランドの各々が超電導材料を含む、少なくとも６個のストランドと、
を含む、
磁石と、
前記キャビティから前記粒子を受け取るための且つ前記キャビティから受け取られた前記粒子を出力するための引き出しチャネルと、を含む、
粒子治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は一般的に、超電導コイル構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導磁石は、１以上の超電導コイルを通る電流を通すことによって磁場を発生させる。既知の超電導コイル構成は、各統合された導体において、非超電導銅（Ｃｕ）中央ストランドの周りに巻かれたニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）から作製された４つの超電導ストランドを含み、既知の超電導コイル構成では、各超電導ストランドは、約０．８ミリメートル（ｍｍ）の直径を有し、且つ、中央ストランドは、約０．３３ｍｍの直径を有する。既知の４つの超電導ストランド実装５の例は、図１に示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超電導ストランドの内の１以上における欠陥は、臨界電流（所与の温度及び（Ｂ）場での最大超電導体電流）に悪影響を与え得る。いくつかの場合では、これは、磁石それ自身の働きに影響を与え得る。このような欠陥は、ストランドにおける破損又は亀裂を含み得るが、それらに限定されるものではない。ストランドは特に、ストランドにおける薄い点での損傷の影響を受けやすいことがある。
【０００４】
より具体的には、コイルの各ストランドは、ビレットから押し出され得る。ビレットは、Ｎｂ３Ｓｎ等の、超電導フィラメントによって満たされた穴から成る銅構造を含む。既知の構成では、ストランドにおいて６１個のフィラメントが存在する。超電導ストランドを製造するために、ビレットは、その直径がサブミリメートル範囲になるまで、様々なプロセスを用いて長手方向に伸ばされる。フィラメントは、六角形パターンにおいて配される。図２を参照すると、フィラメント１１の六角形パターン１０は、押出の間に保たれ、示されるもののような断面を有する超電導ストランド１２をもたらす。
【０００５】
図２にまた示されるように、結果として得られるストランドの特定の部分１４、１５は、ストランドの他の部分１８、１９よりも薄い銅構造１７を有する。これは典型的には、六角形パターンにおいて、屈曲点２０、２１等の、屈曲点で生じる。ストランドのそれらのより薄い部分１４、１５は、ストランドのより厚い部分１８、１９よりも破損の影響を受けやすいことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例の超電導コイルは、統合された導体を含む。統合された導体は、コアと、コアの周りに巻き付けられた少なくとも６個のストランドであって、少なくとも６個のストランドの各々が超電導材料を含む、少なくとも６個のストランドと、を含む。例の超電導コイルは、以下の特徴の内の１以上を、いずれか単独で又は組み合わせで含み得る。
【０００７】
少なくとも６個のストランドは、６個のストランドであり得る。超電導材料は、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）を含み得る。コアは、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）等の、超電導材料から成る中央ストランドを含み得る。コアは、銅等の、導電性であるが超電導ではない中央ストランドを含み得る。コアは、少なくとも６個のストランドとは異なる直径を有するストランドを含み得る。コアは、少なくとも６個のストランドと同じ直径を有するストランドを含み得る。コアは、０．８ｍｍ未満の直径を有するストランドを含み得る、コアは、０．７ｍｍ未満の直径を有するストランドを含み得る、又は、コアは、０．６ｍｍ未満の直径を有するストランドを含み得る。各ストランドは、超電導材料を含むフィラメントから成る断面を有し得る。フィラメントは、複数の屈曲点を包含する幾何学的パターン内であり得る。フィラメントの内の１以上は、複数の屈曲点の内の各々で存在しないことがある。
【０００８】
例の超電導コイルは、超電導ストランドから成る。超電導ストランドは、導電性サポートを通って長手方向に伸びるフィラメントを有する導電性サポートを含む構造を有する。フィラメントは、超電導材料を含む。超電導ストランドの断面では、フィラメントは、複数の屈曲点から成る幾何学的パターン内である。フィラメントの内の１以上は、複数の屈曲点の内の各々で存在しない。例の超電導コイルは、以下の特徴の内の１以上を、いずれか単独で又は組み合わせで含み得る。
【０００９】
幾何学的パターンは、六角形形状を含み得る。フィラメントは、六角形形状の各屈曲点で存在しないことがある。１以上のフィラメントの数は５４個であり得る。導電性サポートは、銅を含み得る。超電導材料は、ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）を含み得る。ストランドは、統合された導体の一部であり得る。統合された導体は、コアと、コアの周りに巻かれた超電導ストランドの総数が少なくとも６個であるように他の超電導ストランドに沿ってコアの周りに巻かれた超電導ストランドと、を含み得る。コアは、超電導材料から成る中央ストランドを含み得る。コアは、導電性であるが超電導ではないストランドから成る中央ストランドを含み得る。コアは、少なくとも６個のストランドとは異なる直径を有する中央ストランドを含み得る。コアは、少なくとも６個のストランドと同じ直径を有する中央ストランドを含み得る。同じ直径は、０．７ｍｍ未満の直径であり得る。
【００１０】
例の粒子治療システムは、シンクロサイクロトロンと、その上に前記シンクロサイクロトロンが取り付けられて、患者の治療領域に対して前記シンクロサイクロトロンを位置決めするために患者体位の周りを回転するガントリーと、を含む。シンクロサイクロトロンは、電流を受け取るための且つ電流に応じて磁場を発生させるためのコイルを含む磁石を含む。磁場は前記電流に対応するエネルギーにてキャビティ内で軌道的に粒子を動かし、コイルは一緒に巻かれた複数の統合された導体を含む。統合された導体は、導電性又は超電導材料を含むコアと、コアの周りに巻かれ少なくとも６個のストランドであって、少なくとも６個のストランドの各々が超電導材料を含む、少なくとも６個のストランドと、を含む。シンクロサイクロトロンは、キャビティから粒子を受け取るための且つキャビティから受け取られた粒子を出力するための引き出しチャネルと、を含む。
【００１１】
このまとめセクションにおいて記載されたものを含む、この開示において記載される特徴の内の２以上は、本明細書で具体的に記載されない実装を形成するために組み合わせられ得る。
【００１２】
本明細書に記載される様々なシステム又はその一部の制御は、１以上の非一時的機械可読記憶媒体に記憶された且つ１以上の処理装置上で実行可能な命令を含むコンピュータプログラム製品を介して実装され得る（例えば、マイクロプロセッサ、特定用途の集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ等のプログラムされた論理、又は同様のもの）。本明細書に記載されるシステム又はその一部は、述べられた機能の制御を実施するための実行可能命令を格納するためのコンピュータメモリ及び１以上の処理装置を含み得る装置、方法又は電子システムとして実装され得る。
【００１３】
１以上の実装の詳細は、添付の図面及び以下の記載において述べられる。他の特徴、目的及び優位点は、記載及び図面から、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】超電導コイルにおける使用のための既知の統合された導体の断面図である。
【図２】統合された導体において用いられる既知の超電導ストランド、したがって超電導コイルの断面図である。
【図３】逆ボビンに取り付けられた例の超電導コイルの断面図である。
【図４】超電導コイルにおける使用のための６−バイ−１（６ｘ１）構成を有する、例の統合された導体の断面図である。
【図５】統合された導体において用いられる、例の超電導ストランド、したがって超電導コイルの断面図である。
【図６】本明細書で記載されるタイプの超電導コイルを用いる例の粒子加速器の一部の切り取り図である。
【図７】本明細書で記載されるタイプの超電導コイルを用いる粒子加速器を含む粒子治療システムの一部の透視図である。
【図８】本明細書で記載されるタイプの超電導コイルを用いる粒子加速器を含む粒子治療システムの一部の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
様々な図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
【００１６】
一般的に、超電導体は、閾値温度未満に冷却されるときに、すべてではないが、ほとんどの電気抵抗を失う元素又は金属合金である。結果として、超電導体を通って流れる電流は実質的に妨げられない。従って超電導コイルは、同じサイズの通常のワイヤよりも多くの電流を流すことが可能である。それらが伝導することができる多量の電流のため、超電導コイルは特に、電磁気用途において有用である。しかしながら、本明細書で記載される超電導コイルは、電磁気用途における使用に限定されず、任意の適切な文脈において用いられ得る。
【００１７】
例の超電導コイルは、適切なサイズを有するコイルを製造するために、統合された導体を巻くことによって形成される。逆ボビン２５に対して位置決めされ且つ複数の巻かれた統合された導体から成る例の超電導コイル２４の断面は、図３に示される。いくつかの実装では、各統合された導体は、導電性コア、及び、コアの周りに巻かれた（例えば、巻き付けられた）、又は、ねじられた、少なくとも６個のストランドを含む。コアの周りに巻かれたストランドは、それらがコアの外側であるので、外側ストランドと本明細書では呼ばれる。いくつかの実装では、コア及び外側ストランドの両方は超電導材料を含むので、コイルが超電導材料の閾値温度未満であるときに超電導を達成し得る。いくつかの実装では、外側ストランドは超電導材料を含み、コアは、（電気的に及び熱的に伝導性であり得る）非超電導材料から作製される。結果として、コイルが閾値温度未満であるとき、外側ストランドのみが、超電導を達成し得るが、コアは達成しないことがある。
【００１８】
ストランドの超電導はまた、ストランドを通り抜ける電流によって影響を受ける。つまり、電流が、臨界電流として知られる特定量を超える場合、ストランドは、もはや超電導ではないであろう。
【００１９】
任意の適切な超電導材料は、ストランドにおいて及び適用可能であればコアにおいて用いられ得る。例えば、超電導材料は、以下の材料の内の１以上を、単独で又は組み合わせのいずれかで含み得るがそれらに限定されないことがある：ニオブ−スズ／三ニオブ−スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）、ニオブ−チタン（ＮｂＴｉ）、バナジウム−ガリウム（Ｖ３Ｇａ）、ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（ＢＳＣＣＯ）、イットリウムバリウム銅酸化物（ＹＢＣＯ）、又は二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）。適用可能であれば、任意の適切な非超電導材料は、コアに含まれ得る。例えば、いくつかの実装では、コアは、銅（ＣＵ）導体であり得る。
【００２０】
図４は、例の統合された導体３０の断面を示す。示されるように、この例では、統合された導体３０は、中央ストランド３２（コア）の周りに巻き付けられた（例えば、巻かれた）６個の外側ストランド３１ａから３１ｆを含む。この構成は、６ｘ１構造と本明細書では呼ばれる。６ｘ１構造の特徴は、各ストランドが同じ直径を有することである。つまり、中央ストランド３２は、外側ストランド３１ａから３１ｆの各々と同じ直径を有し、外側ストランド３１ａから３１ｆの各々は、同じ直径を有する。この構成は、本明細書で記載されるように、統合された導体を製造するために用いられる、巻き付けられ超電導体の安定性に寄与し得る。例では、中央ストランドを含むあらゆるストランドは、０．６４ｍｍの直径を有するが、その値は、本明細書で示されるように、他の実装において異なり得る。
【００２１】
統合された導体はチャネル３４も含む。チャネル３４は、銅、又は任意の他の適切な、例えば電気的に伝導性の、材料で作製され得る。巻き付けられたストランド−この例では、６ｘ１構造３５−は、示されるように、チャネル３４内にしっかりフィットする。チャネルはその後、はんだ３６又は他の適切な導電性材料によって満たされて、統合された導体を製造する。満たされた物質（例えば、はんだ）の組成は、コイルを、熱的に及び構造的に、の両方で安定化し得る。
【００２２】
上述のように、いくつかの実装では、コアは、外側ストランドと同じ組成及び構造を有する超電導ストランドである。従って、このような実装では、統合された導体は、コイルの断面超電導領域における全体の増加をもたらし得る超電導が可能な７個のストランドを含む。これは、それがコイルの通電容量を増加させるので、有利であり得る。つまり、中央ストランドはまた、超電導温度で電流キャリアとしての役割を果たし、それによって、コアが超電導ストランドではない実装に対して及び図１の構成及び図４の構成と同じ断面積を有する統合された導体に対して、統合された導体を通り抜けうる電流の量を増加させる。
【００２３】
上述のように、いくつかの実装では、コアは、非超電導ストランドであり、外側ストランドと同じ又はほぼ同じ配置を有し得るが、異なる組成を有し得る。例えば、非超電導ストランドは、銅又は銅合金で作製され得、非超電導材料を含み得る。従って、このような実装では、超電導コイルは、超電導が可能である６個のストランド、及び超電導が可能でない１個のストランドを含む。同じサイズのストランドに関して、６個の超電導ストランド実装の通電容量は、（同じ断面積を有する２つの統合された導体に関する）７個の超電導ストランド実装のものより小さいが、６個の超電導ストランド実装は、７個の超電導ストランド実装よりも構造的及び熱的安定性を有し得る。つまり、銅それ自身が超電導体ではないので、銅は、例えば、コイルの温度が超電導の損失をもたらす超電導閾値より上に上昇する、又は、超電導コイルを通る電流が超電導の損失をもたらすコイルの臨界電流より上に上昇するとき、構造的安定性、及び、クエンチの場合における大きな電流に関する低抵抗パスを提供する。さらに、操作の間、電気的に及び熱的に、の両方で伝導性であり得る銅コアは、熱的導体としての役割を果たし得て、冷却を促進し且つクエンチの間の熱伝達を改善する。そのため、はんだに対してチャネル断面における銅の量を増加することは、統合された導体における熱的安定性を促進する。
【００２４】
６ｘ１実装は図面に関して記載されるが、任意の適切な数のストランドが、本明細書で記載される超電導コイルの、統合された導体に含まれ得る。例えば、超電導コイルの実装は、統合された導体においてコアの周りに巻かれた５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個等のストランドを含み得る。６個より多い又は少ない外側ストランドが存在する実装では、コアは、外側ストランドの直径とは異なる（例えば、より大きい又は小さい）直径を有するであろう。コアそれ自体は、単一のストランドであり得る、又は、一緒に巻かれた又はねじられた複数のストランドを含み得る。上述のように、コアは、超電導材料を含み得る、又は非超電導材料のみで構成され得る。
【００２５】
任意の場合では、既知の４個の超電導ストランド実装に対する超電導ストランドの数における増加は、既知の４個の超電導ストランド実装に対して信頼性を改善し得る。例えば、ストランドの数における増加は、既知の４個の超電導ストランド実装におけるよりも多くのストランドにわたって電流を分配させる。結果として、個別のストランドにおける欠陥は、既知の４個の超電導ストランド実装においてよりも電流に対する全体的な影響が少なくなるであろう。つまり、各ストランドが少ない総電流を運ぶので、１個のストランドの失敗は、他のストランドによって、より容易に補われ得る。
【００２６】
いくつかの実装では、ストランドの数における増加は、本明細書で記載される構成を有する統合された導体のサイズを実質的に増加させない。例えば、統合された導体は、０．７ｍｍ以下、０．６ｍｍ以下、０．５ｍｍ、０．４ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下等の直径を有するストランドを含み得る。従って、（各々０．８ｍｍ直径の４個のストランドを有する）既知の構成においてよりも多くのストランドが存在し得るが、ストランドは、より小さいので、統合された導体の断面積は、既知の０．８ｍｍストランド構成においてとほぼ同じままであり得る。図４の特定の例では、統合された導体３０の全体の断面積は、図１の既知の実装の全体の断面積と同一、又はほぼ同じである。統合された導体の断面積は、いくつかの実装において変化していないので、複数のこのような統合された導体を巻くことによって形成されるコイルのサイズ（例えば、断面積）もまた変化しないことがある。
【００２７】
以下の表は、既知の４個の超電導ストランド実装（４ストランド設計）に関する例のコイルパラメータを、６個の超電導ストランド実装（６ストランド設計）の例及び７個の超電導ストランド実装（７ストランド設計）の例と比較する。６個の超電導ストランド実装及び７個の超電導ストランド実装に関するパラメータは例に過ぎず、この開示は、これらのパラメータの異なる値を有する他の設計を包含する。
【００２８】
【表１】
2019536266.tif 000003
【００２９】
上記表に示されるように、既知の４個の超電導ストランド実装は実際に、例の６個の超電導ストランド実装よりも大きい断面超電導領域を有する。その結果として、既知の４個の超電導ストランド実装は、（約同じ断面積を有するコイルに関する）例の６個の超電導ストランド実装よりも大きい通電容量を有し得る。しかしながら、例の６個の超電導ストランド実装は、安定性及び動作信頼性に関して、本明細書で記載されるように、優位点を有する。例の７個の超電導ストランド実装は、既知の４個の超電導ストランド実装よりも大きい断面超電導領域を有するので、（約同じ断面積を有する導体に関する）既知の４個の超電導ストランド実装よりも大きい通電容量を有し得る。
【００３０】
上述のように、本明細書で記載される統合された導体は、巻かれて、超電導コイルを製造する。異なる統合された導体に関して記載された利益は、そこから製造された超電導コイルへ効力を生じる。つまり、超電導コイルが複数の統合された導体を巻くことによって形成されるので、強化された安定性、信頼性、電流容量、又は統合された導体の他の利益もまた、結果として得られる超電導コイルへ適用する。
【００３１】
本明細書で記載される超電導コイル実装は、超電導磁石において用いられ得る。例えば、６個のストランド構成を有する統合された導体に関して、各超電導ストランドは、約４．２Ｋ及び約１１テスラ（Ｔ）磁場の動作条件で５５７アンペア（Ａ）の臨界電流を支えるように構成され得る。２０００Ａの通電容量を有する６個のストランド実装に関して、各ストランドは、約３３３Ａを運ぶ。３０００Ａの通電容量を有する６個のストランド実装に関して、各ストランドは、約５００Ａを運ぶ。例の７個の超電導ストランド実装は、本明細書で記載される理由に関して磁石の電磁気性能を改善し得る。上記表を参照すると、磁石クエンチの間の、より低いホットスポット温度は、６個の超電導ストランド実装が熱的により安定であることを意味する。他方では、７個の超電導ストランド実装を採用するコイルによって巻かれた磁石は、より低い割合の臨界電流で作動し得る。
【００３２】
図５は、統合された導体の構成要素である例のストランド３８の断面、それゆえ、本明細書で記載される超電導コイルを示す。例のストランド３８は、外側ストランド又はコアストランドであり得る。本明細書で説明されるように、ストランド３８は、ストランドのものと同じ、又は実質的に同じである断面構成を有するビレットから押し出される。つまり、押出の間、元々のビレットの断面構成、−この例では、銅によって囲まれた超電導フィラメントの六角形配置−は、結果として得られる押し出されたストランドにおいて保たれる。ストランド３８を製造するために用いられるビレットは、それを通して長手方向に伸びる穴を含む。穴は、超電導材料によって満たされて、ビレットを通して、それゆえ、そこから押し出されるストランドを通して長手方向に伸びる、図５のフィラメント３９を製造する。超電導材料は、本明細書で記載されるものを含む、任意の適切なタイプの超電導材料であり得る。例えば、各フィラメントは、Ｎｂ３Ｓｎであり得る、又はそれを含み得る。いくつかの実装では、各フィラメントは、同じタイプの超電導材料から成る。
【００３３】
図５に示されるように、フィラメント３９は、それらが幾何学的パターン内であるように配され、図５の例では、フィラメントは、六角形パターン内に配され、フィラメントは、（ストランド３８の円形断面の外周４４内である）六角形４２によって包含される。しかしながら、他の実装では、フィラメントは、他の幾何学的パターン内に、例えば、正方形、五角形、六角形等内に配され得る。用いられる幾何学的パターンは、ストランドに含まれることになるフィラメントの数に依存し得る。この例では、５４個のフィラメントが、六角形の境界内のストランド内に含まれ得る。以下で説明されるように、図５の実質的に六角形のパターンを有するいくつかのストランド（又は他の幾何学的パターン）は、より少ないフィラメントを含み得、亀裂又は破壊に対する強化された抵抗を有するストランド構成をもたらし得る。
【００３４】
より具体的には、図５に示されるように、幾何学的パターン−この場合では、六角形パターン−は、４５及び４６等の複数の屈曲点を含む。他の幾何学的パターン−両方多角形の又は非多角形の、例えば長円、スタジアム、楕円―は、同様の屈曲点を含み得る。屈曲点は、そこで屈曲の方向における変化が生じる幾何学的パターンの点を含む。図２を参照すると、上記説明のように、既知の構成では、六角形１０の屈曲点のほぼ場所で、ストランドにおける銅の量が、屈曲点間である場所１８及び１９等の、六角形に沿った他の点で、より少ない（例えば、銅がより薄い）。屈曲点でより少ない銅が存在するため、それらの点でのより少ない構造的サポートが存在するので、ストランドは、それらの点での破損又は他の損傷の影響をより受けやすいことがある。
【００３５】
しかしながら、図５の例のストランドは、六角形４２の屈曲点のすべてで、又はそれらの内のいくつかで、フィラメントを含まない、又はそれらの内のいくつかを含まない。図５の例では、フィラメントは、点４５及び４６等の、六角形４２の屈曲点のほぼ場所で含まれない。そのため、六角形４２の屈曲点での銅の厚さは、屈曲点でフィラメントを含む、図２において示されるもの等の実装に対して増加され、図５の例では、フィラメントは、六角形４２の各屈曲点で存在しない。しかしながら、フィラメントが屈曲点で見当たらないいくつかの実装では、他の屈曲点の内の１以上がフィラメントを含み得る。任意の場合において、いくつかの実装では、その屈曲点のすべて又はその内のいくつかでフィラメント無しのストランドは、それらの点で亀裂又は破壊の影響を受けにくいことがある。つまり、それらの点での追加の銅は、それらの点でストランドの構造的及び熱的安定性を増加させ得て、それらの点で破壊する又は割れるであろう可能性を減らす。
【００３６】
上述のように、いくつかの実装では、フィラメントは、４５及び４６等の、屈曲点で少なくとも、含まれない。加えて、六角形の内側又は外周での１以上の追加のフィラメントが同様に存在しないことがある。図５に示されるもの等の、例の実装では、個別のストランドにおいて５４個のフィラメントが存在し、フィラメントは、幾何学的パターン−この例では、六角形、の屈曲点で存在しない。そのため、六角形パターンは５４個のフィラメントを包含する（例えば、それらの周囲である）。いくつかの実装では、５４個のフィラメントは、結果として得られるストランドが本明細書で記載される６個の超電導ストランド実装及び７個の超電導ストランド実装を支持するのに十分な電流を運ぶように、十分な超電導材料を含むようなサイズにされ得且つ配され得る。いくつかの実装では、配置は、超電導コイルの通電容量を増加させるように修正され得る。
【００３７】
ストランド３８等のストランドを形成するために、超電導フィラメントによって満たされた穴（この例では、５４個の穴）を有するビレットは、それが適切なサブミリメートルの直径を有するまで押し出される（例えば、長手方向に伸ばされる）。しかし、いくつかの実装では、ストランドの断面構造は、押出プロセスの間に保たれる。結果として、ストランドは、本明細書で記載されるような、０．８ｍｍ未満の直径を含む、図５の断面構造を保つ。
【００３８】
いくつかの実装では、フィラメントは、幾何学的パターンにおいてストランドに配されて、各フィラメントと断面の外周４４との間の導電性サポート（例えば、銅）の量は、従来の実装に対して増加するように変わる。これは、例えば、上述のように幾何学的パターンの屈曲点でフィラメントを排除することによって、又は、ストランドにおけるフィラメントの他の配置を通して、達成され得る。例えば、フィラメントは、中央から外側に直径において広がる同心円で位置決めされ得る。ストランドにおけるフィラメントの任意の適切な構成は、導電性サポートの量を増加するために用いられ得る。
【００３９】
本明細書で記載される例の超電導コイルは、任意の適切な文脈において用いられ得る。述べたように、例の超電導コイルは、粒子治療システムの、シンクロサイクロトロン等の、粒子加速器の構成要素である電磁石に組み込まれ得る。
【００４０】
粒子加速器システムの例は、本明細書で記載されるタイプの超電導コイルを採用する磁石を含む、プロトン又はイオン治療システムである。例の粒子治療システムは、ガントリー上に取り付けられた粒子加速器−この例では、シンクロサイクロトロン−を含む。ガントリーは、加速器が患者体位の周りで回転されることを可能にして、粒子加速器からの粒子線が患者におけるいかなる任意の治療領域に命中することを可能にする。同様に、粒子加速器は、適切な回転位置から患者内のいかなる任意のターゲットに到達するための十分なエネルギーを有する粒子線を生み出し得る。患者の周りのガントリーの回転の結果として、粒子加速器はまた、患者体位の周りで回転する。
【００４１】
いくつかの実装では、例のシンクロサイクロトロンは、高い磁場超電導電磁気構造を有する。所与の運動エネルギーの荷電粒子の曲げ半径が、それに印加される磁場における増加に直接比例して減少するので、高い磁場超電導磁石構造は、加速器を比較的小さく且つ軽くすることを可能にする。シンクロサイクロトロンは、回転角において均一である磁場を用い、且つ、増加する半径と共に強度が低下する。いくつかの実装では、このような場の形状は、磁場の大きさにかかわらず達成され得る。
【００４２】
図６は、本明細書で記載される超電導コイルを採用し得る例の粒子加速器の構成要素５０の断面を示す。この例では、粒子加速器（例えば、シンクロサイクロトロン）の構成要素５０は、例えば、図３から５に関して、本明細書で記載される特徴の内の１以上を有するコイルである、超電導コイル５２及び５３を、その磁石において、含む。超電導コイル５２、５３の各々は、磁場（Ｂ）を発生させる電流を伝導するためのものであり、例では、クライオスタットは、液体ヘリウム（Ｈｅ）を用いて、超電導温度で、例えば４ケルビン（Ｋ）付近で各コイルを維持する。磁気ヨーク５５、５６又はより小さい磁極片（図示されない）は、クライオスタット内部に位置し、且つ、その中で粒子が加速されるキャビティ５７の形状を画定する。磁気シム（図示されない）は、磁気ヨーク又は極片を通り抜け得て、キャビティにおける磁場の形状及び／又は大きさを変化し得る。
【００４３】
この例の実装では、粒子加速器は、キャビティへ電離プラズマ柱を提供するための粒子源５９（例えば、ペニングイオンゲージ−ＰＩＧ源）を含む。水素ガスは、電離されて、プラズマ柱を生み出す。電圧源は、キャビティへラジオ周波数（ＲＦ）電圧を提供して、キャビティ内へプラズマ柱から粒子のパルスを加速する。キャビティにおける磁場は、粒子をキャビティ内で軌道的に動かすように形作られる。いくつかの実装では、超電導コイルによって生み出された磁場は、本明細書で説明されるように、４テスラ（Ｔ）から２０Ｔの範囲内であり得る。
【００４４】
述べたように、例では、粒子加速器はシンクロサイクロトロンである。従って、ＲＦ電圧は、プラズマ柱から粒子を加速するときに、粒子上の相対論的効果（例えば粒子質量の増加）がもたらされる周波数の範囲にわたって掃引される。超電導コイルを通って流れる電流によって生み出される磁場は、キャビティの形状と一緒に、プラズマ柱から加速された粒子をキャビティ内で軌道的に加速させる。他の実装では、シンクロサイクロトロン以外の粒子加速器が用いられ得る。例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、線形加速器等が、本明細書で記載されるシンクロサイクロトロンの代わりとされ得る。
【００４５】
例のシンクロサイクロトロンでは、磁場再生器（「再生器」）は、（例えばその内側端で）キャビティの外側付近に位置決めされて、キャビティ内部の既存の磁場を調節し、それによって、プラズマ柱から加速された粒子の連続的軌道の場所（例えば、ピッチ及び角度）を変化させて、最終的に、クライオスタットを通り抜ける引き出しチャネルへ粒子が出るようになる。再生器は、キャビティにおけるある点で磁場を増加させ得（例えば、それは、キャビティのある領域ら辺で約２テスラの磁場「バンプ」を生み出し得）、それによって、その点での粒子の各連続的軌道が、それが引き出しチャネルに達するまで引き出しチャネルの入口点に向かって外側に歳差運動するようにする。引き出しチャネルは、プラズマ柱から加速された粒子を、キャビティから、受け取り、且つ、粒子線としてキャビティからの受け取られた粒子を出力する。例えば、引き出しチャネルは、ビームを粒子加速器から離れて、且つ走査又は散乱システムに向かって向けるための磁石及び他の構造を含み得る。
【００４６】
述べたように、超電導コイル（メインコイル）は、比較的高い磁場を生み出し得る。メインコイルによって発生される最大磁場は、４Ｔから２０Ｔ以上の範囲内であり得る。
【００４７】
さらに、超電導コイルは、上で具体的に挙げられていない４Ｔから２０Ｔ（又はそれ以上又はそれ以下）の範囲内である磁場を発生させるために用いられ得る。各超電導コイルは、図３から５に関する本明細書で記載されるタイプの超電導コイルであり得る。
【００４８】
図６において示される実装等のいくつかの実装では、比較的大きな強磁性磁気ヨーク５５、５６は、超電導コイルによって生み出された浮遊磁場に関するリターンとして役割を果たす。いくつかのシステムでは、磁気シールドは、ヨークを囲む。リターンヨーク及びシールドは一緒に、浮遊磁場を減少させる役割を果たし、それによって、浮遊磁場が粒子加速器の動作に悪影響を与える可能性を減少させる。
【００４９】
いくつかの実装では、リターンヨーク及びシールドは、アクティブリターンシステムによって置き換えられ得る、又はそれによって拡張され得る。例のアクティブリターンシステムは、メイン超電導コイルを通る電流とは反対方向における電流を伝導する１以上のアクティブリターンコイルを含む。いくつかの例の実装では、各超電導コイルに関してアクティブリターンコイル、例えば、２つのアクティブリターンコイル−各メイン超電導コイルに関して１つ、が存在する。各アクティブリターンコイルはまた、同心円状に、対応するメイン超電導コイルの外側を囲む超電導コイルであり得る。そのため、各アクティブリターンコイルは、例えば、図３から５に関する、本明細書で記載されるタイプのコイルであり得る。
【００５０】
述べたように、電流は、メインコイルを通り抜ける電流の方向と反対である方向においてアクティブリターンコイルを通り抜ける。そのため、アクティブリターンコイルを通り抜ける電流は、メインコイルによって発生された磁場とは極性が反対である磁場を発生させる。結果として、アクティブリターンコイルによって発生された磁場は、対応するメインコイルに由来する比較的強い浮遊磁場の内の少なくともいくつかを減少させることができる。
【００５１】
粒子加速器の引き出しチャネルの出力は、走査システム又は散乱システム等の１以上のビーム整形素子を含み得る。走査システムは、照射ターゲットの少なくとも一部にわたって粒子線を走査するために用いられ得る。散乱システムは、照射ターゲットへの印加前にビームを散乱するために用いられ得る。
【００５２】
コイルの配置は、コイルが励磁されるときに生み出される歪み力に対して作用する復元力を発揮するために、逆ボビンにコイルを取り付けることによって維持される。例えば、図３は、逆ボビン２５に配された超電導コイル２４を示す。
【００５３】
粒子加速器は、可変エネルギー粒子加速器であり得る。いくつかの実装では、粒子加速器は、その中で粒子線が加速される磁場を変えることによって出力粒子線のエネルギーを変えるように構成される。例えば、電流は、対応する磁場を生み出すために、複数の値の内のいずれか１つへ設定され得る。例の実装では、超電導コイルの１以上のセットは、キャビティにおいて可変磁場を生み出すために可変電流を受け取る。いくつかの例では、コイルの１つのセットは、固定された電流を受け取り、一方で、コイルの１以上の他のセットは、コイルセットによって受け取られる総電流が変わるように、可変電流を受け取る。いくつかの実装では、コイルのすべてのセットは超電導であり、他の実装では、固定された電流に関するセット等の、コイルのいくつかのセットが超電導であり、一方で、可変電流に関する１以上のセット等の、コイルの他のセットは、非超電導である。超電導コイルは、図３から５に関する本明細書で記載されるタイプの超電導コイルであり得る。
【００５４】
一般的に、磁場の大きさは、電流の大きさによって拡張可能である。所定の範囲においてコイルの総電流を調節することは、対応する、所定の範囲において変わる磁場を発生させ得、いくつかの例では、電流の連続的な調節は、磁場の連続変動及び出力ビームエネルギーの連続変動につながり得る。代わりに、コイルへ印加される電流が非連続的な、段階的なやりかたで調節されるとき、磁場及び出力ビームエネルギーもまた、それに応じて、非連続的な（段階的な）やりかたで変わる。電流に対する磁場の拡大縮小は、ときどき入力電流以外のわずかな調節が実行され得るが、ビームエネルギーの変動が比較的正確に実行されることを可能にし得る。
【００５５】
図７及び８は、ガントリー上に取り付けられた粒子加速器を含む粒子治療システム６０の一部を示す−この例では、シンクロサイクロトロンは、本明細書で記載されるタイプの１以上の超電導コイルを含む。いくつかの実装では、ガントリー（図示されない）は、鋼であり、且つ、患者の反対側にある２つのそれぞれのベアリング上の回転のために取り付けられた２つの脚部を有する。ガントリーは、患者がいる治療領域に広がるのに十分に長い、且つ、ガントリーの回転脚部へ両端で取り付けられる、脚部の各々へ接続された、鋼トラスを含み得る。粒子加速器は、鋼トラスによって支えられ得る。用いられ得るガントリー構成の例は、「Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ」という題目で米国特許第７，７２８，３１１号公報において記載され、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５６】
図７及び８に示されるように、患者体位は、治療カウチ６１を含む。内部ガントリー６２は、患者に到達する前に、ビームの出力６４を向けるために且つビームを整形するために治療カウチに対して動く。示されるように、内側ガントリーは、Ｃ字型であり、その動きは、その上にシンクロサイクロトロンが取り付けられる「外側」ガントリーの動きと一致する。
【００５７】
治療セッションを実施するための外側及び内側ガントリー、治療カウチ、ビーム整形素子及びシンクロサイクロトロンの制御は、適切な治療制御電子回路（図示されない）によって達成される。これに関して、本明細書で記載される粒子治療システムの制御及びその様々な特徴は、ハードウェア又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを用いて実装され得る。例えば、本明細書で記載されるもののようなシステムは、様々な点に置かれた様々なコントローラ及び／又は処理装置を含み得る。中央コンピュータは、様々なコントローラ又は処理装置間の動作を調整し得る。中央コンピュータ、コントローラ、処理装置は、試験及び校正の制御及び調整をもたらすために様々なソフトウェアルーティンを実行し得る。
【００５８】
システム動作は、１以上のデータ処理装置、例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、複数のコンピュータ、及び／又はプログラム可能な論理構成要素の動作による、又はそれらの動作を制御するための実行のための、１以上のコンピュータプログラム製品、例えば、１以上の非一時的機械可読媒体に明白に組み込まれた１以上のコンピュータプログラムを用いて、少なくとも部分的に、制御され得る。
【００５９】
コンピュータプログラムは、コンパイル言語またはインタープリタ言語を含む任意の形態のプログラミング言語で書かれ得、スタンドアロンプログラムとして、又は、コンピューティング環境における使用に適した、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくは他のユニットとして含む、任意の形態で展開され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で若しくは１つのサイトで複数のコンピュータ上で実行されるように、又は、複数のサイトにわたって分散され且つネットワークによって相互接続されるように展開され得る。
【００６０】
本明細書で記載される粒子治療システムの動作の全部又は一部を実施することに関連した動作は、本明細書で記載される機能を実施するために１以上のコンピュータプログラムを実行する１以上のプログラム可能プロセッサによって実施され得る。動作の全部又は一部は、特殊目的の論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）及び／又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、を用いて実装され得る。
【００６１】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用及び専用マイクロプロセッサの両方、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１以上のプロセッサを含む。一般的に、プロセッサは、読み出し専用記憶領域又はランダムアクセス記憶領域又は両方から命令及びデータを受け取るであろう。（サーバを含む）コンピュータの要素は、命令を実行するための１以上のプロセッサと、命令及びデータを格納するための１以上の記憶領域デバイスとを含む。一般的に、コンピュータはまた、データを記憶するためのマスＰＣＢｓ等の１以上の機械可読記憶媒体、例えば、磁気、磁気光学ディスク又は光学ディスク、を含むであろう、又はそれらからのデータを受け取るために動作可能に結合される、又はそれらへデータを転送する、又はその両方であろう。コンピュータプログラム命令及びデータを具体化するのに適した非一時的機械可読記憶媒体は、例として、半導体記憶領域装置、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュ記憶領域装置；磁気ディスク、例えば、内蔵ハードディスク又はリムーバブルディスク；磁気光ディスク；並びにＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスク、を含む、すべての形態の不揮発性記憶領域を含む。
【００６２】
本明細書で用いられるような任意の「電気的接続」は、直接的な物理的接続、又は、介在する構成要素を含むがそれにもかかわらず、接続された構成要素間で電気信号が流れることを可能にする有線若しくは無線接続を意味し得る。信号が流れることを可能にする電気回路を含む任意の「接続」は、特に断りのない限り、電気接続であり、且つ、「電気」という用語が「接続」を変更するために用いられるかどうかに関わらず必ずしも直接的な物理的接続ではない。
【００６３】
前述の実装の内の任意の２以上は、適切な粒子加速器（例えば、シンクロサイクロトロン）において適切な組み合わせで用いられ得る。同様に、前述の実装の内の任意の２以上の個別の特徴は、適切な組み合わせで用いられ得る。
【００６４】
本明細書で記載される例のコイルは、粒子治療システムと共に用いること、又は、本明細書で記載される例の粒子治療システムと共に用いることに限定されない。
【００６５】
本明細書で記載される異なる実装の要素は、具体的には上述されていない他の実装を形成するために組み合わされ得る。要素は、それらの動作に悪影響を与えることなく、本明細書で記載されるプロセス、システム、装置等から省かれ得る。様々な別個の要素は、本明細書で記載される機能を実施するために１以上の個別の要素に組み合わされ得る。
【００６６】
その中で、本明細書で記載される例のコイルが実装され得る粒子治療システムの他の１つの例の実装は、「Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ」という題目で米国特許第７，７２８，３１１号公報において記載され、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。参照によって組み込まれる内容は、米国特許第７，７２８，３１号公報において見出されるシンクロサイクロトロンを保持するガントリーシステム及びシンクロサイクロトロンの記載を含むが、それらに限定されない。
【００６７】
具体的には本明細書で記載されない他の実装もまた、以下の特許請求の範囲の範疇内である。
【図１】
2019536266.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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