WO2003092340A1 - Accelerateur de particules - Google Patents

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WO2003092340A1
WO2003092340A1 PCT/IB2002/001374 IB0201374W WO03092340A1 WO 2003092340 A1 WO2003092340 A1 WO 2003092340A1 IB 0201374 W IB0201374 W IB 0201374W WO 03092340 A1 WO03092340 A1 WO 03092340A1
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cyclotron
accelerator
accelerator according
intensity
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PCT/IB2002/001374
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Inventor
Pierre Mandrillon
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Accelerators For Industrial & Medical Applications Engineering Promotion Society Aima Eps
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons

Definitions

  • Particle accelerator The present invention relates to particle accelerators and their industrial and medical applications, in particular.
  • Particle accelerators are described in the publication CERN ACCELERATOR SCHOOL, CYCLOTRONS, LINACS AND THEIR APPLICATIONS, GENENA 96, following the seminar held in Belgium from April 28 to May 5, 1994, the content of which is incorporated into this application by reference .
  • the invention aims in particular to meet this need.
  • a particle accelerator comprising:
  • a source capable of generating a beam of charged particles to be accelerated
  • At least one sensor capable of delivering information representative of the intensity of the particle beam accelerated by the cyclotron
  • a programmable control device capable of acting on the actuator as a function of the information delivered by the sensor and of a programmed control law of the intensity of the particle beam accelerated over time, so that the he intensity of the beam delivered by the cyclotron respects the programmed control law.
  • the aforementioned sensor may include a peeler through which the beam of particles accelerated by the cyclotron.
  • This peeler can be an electronic or nuclear peeler.
  • a nuclear peeler can generate, for example, neutrons.
  • the actuator which may or may not be mechanical, may comprise at least one electrostatic and / or magnetic deflector or at least one movable member capable of intercepting particles from the beam.
  • the actuator can also comprise, for example, at least one grouper, in particular two groupers.
  • each grouper may include a central electrode having a time-varying potential, disposed between two end electrodes at the same potential, the central electrode creating with each of the end electrodes a potential difference acting on the particles from the source.
  • the length of the central electrode of the grouper crossed first by the beam may be different from that of the central electrode of the grouper crossed second by the beam, and may in particular be greater, being worth for example double.
  • the voltages applied to the central electrodes can be sinusoidal.
  • the voltages applied to the two groupers can correspond substantially to the first two terms of the Fourier series decomposition of a sawtooth tension.
  • the control device can be configured to modify the phase shift between the voltages applied to the groupers according to the information delivered by the sensor.
  • the programmed current law can comprise, as a function of time, at least two slots, in particular at least two slots of different amplitudes.
  • the source may be able to generate molecular ions, for example H 2 + or H 3 + ions.
  • the source may also be able to generate H " or D " ions, among others.
  • the programmable control device is advantageously fast and has for example a response time less than or equal to 10 ⁇ s, preferably less than or equal to 5 ⁇ s, for example of the order of 1 ⁇ s.
  • the accelerator may include any post-acceleration element operating continuously.
  • the accelerator can thus include, for example, two cyclotrons, for example a first cyclotron associated with the source and a second cyclotron to accelerate particles from the first cyclotron.
  • the sensor may include a peeler disposed inside the second cyclotron and the particles, for example H 2 ions, accelerated by the first cyclotron can leave the latter without passing through a peeler.
  • the accelerator may include a deflection device making it possible to carry out, with the beam of accelerated particles, a scanning of a predetermined area, for example a region of the human body.
  • the programmable control device can then be arranged, for example, to modify the intensity of the beam of accelerated particles as a function of the position of the beam.
  • the present invention also relates to a method for producing a beam of accelerated particles having an intensity varying in a programmed manner over time, this method possibly comprising the step consisting in programming the programmable control device the accelerator defined above as a function of the variation over time of the desired intensity.
  • Another subject of the invention is a method for treating the human or animal body, which may include the step of irradiating an area to be treated with a beam of accelerated particles by means of an accelerator of particles as defined above.
  • a method for treating the human or animal body may include the step of irradiating an area to be treated with a beam of accelerated particles by means of an accelerator of particles as defined above.
  • the intensity of the particle beam can, for example, evolve in slots of decreasing amplitude over time, the treatment being able to be carried out with a higher intensity to begin with, in order to treat the deepest regions, and weaker in last, in order to treat the shallowest regions.
  • a particle accelerator according to the invention can be used to power an accelerator-controlled system.
  • an accelerator-driven system can include, for example, an energy amplifier, a subcritical nuclear reactor or a nuclear waste transmitter.
  • a particle accelerator according to the invention to produce a neutron flux, in particular a substantially monoenergetic neutron flux.
  • FIG. 1 is a schematic and partial view of an example of an accelerator according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the control of the intensity of the beam delivered by the accelerator
  • FIG. 3 represents in schematic and partial view, in axial section, two consolidators
  • FIG. 4 represents the variation of the exit phase of the particles as a function of their entry phase, when they pass through the two groupers,
  • FIG. 5 represents an example of variation in the intensity of the beam of accelerated particles as a function of their phase of exit from the injection line
  • FIG. 6 represents, in schematic and partial axial section, a movable element of another example of actuator according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents another example of an actuator, comprising an electrostatic deflector
  • FIG. 8 represents an example, among others, of the intensity law that can be programmed
  • FIG. 9 schematically represents an area to be treated by a beam of accelerated particles
  • FIGS. 10 and 11 show other nonlimiting examples of intensity laws that can be programmed.
  • FIG. 12 shows, schematically and partially, in side view, an example of a double cyclotron particle accelerator that can use a programmable intensity control device.
  • FIG. 1 shows a particle accelerator 1 comprising an ion source 10 intended to generate charged particles, for example H " ions, and a cyclotron 20 to accelerate these particles.
  • an ion source 10 intended to generate charged particles, for example H " ions, and a cyclotron 20 to accelerate these particles.
  • the particles emitted by the source 10 are injected into the cyclotron, in the example illustrated, by an axial injection line 30.
  • the latter incorporates an actuator 40, whose role will be explained below, comprising a first grouper 21 and a second grouper 22.
  • the injection line 30 also comprises, in a conventional manner, focusing lenses, magnetic or electrostatic.
  • the particles to be accelerated leaving the injection line 30 are injected into a central region of the cyclotron 20, in a manner known per se.
  • Cyclotron 20 is, for example, of the compact isochronous type, and may or may not be superconductive. The particles are accelerated by cyclotron 20 along a trajectory in the general form of a spiral, as illustrated in FIG. 1.
  • the beam passes through an electronic peeler 33, comprising for example a carbon sheet having a density between 20 and 60 ⁇ g / cm 2 .
  • the accelerated particles are H " ions.
  • the peeler 33 transforms them into H + protons and the curvature of their trajectory is reversed, which allows them to leave the cyclotron.
  • a conventional optical system 35 makes it possible to direct the beam thus extracted from the cyclotron towards a target for the production of radioelements or towards any zone of the human or animal body or of an object to be treated.
  • the beam can in particular be directed towards a deflection device 41 making it possible to carry out, with the accelerated beam, a scan of an area to be treated, for example a tumor.
  • the peeler 33 is electrically isolated, which makes it possible to measure the intensity of the electric current corresponding to the beam of particles passing through it.
  • the accelerator 1 comprises a programmable control device 50, shown diagrammatically in FIG. 2. This device 50 receives information representative of the intensity measured by the peeler 33 and makes it possible to control the intensity of the particle beam delivered by the 'accelerator.
  • the device 50 can be programmed with any intensity law, being configured to continuously control by feedback the actuator 40 so that the intensity actually delivered by the cyclotron respects the programmed intensity law.
  • the device 50 is produced with components fast electronics, which makes it possible to obtain a very short response time, for example of the order of 1 ⁇ s.
  • the particle beam emitted by the source 10 propagates along an axis X, passing through the grouper 21 then the grouper 22 .
  • the grouper 21 comprises a central electrode 60 and two end electrodes 61 and 62.
  • the grouper 22 comprises a central electrode 63 and two end electrodes 64 and 65.
  • the length of the central electrode 60 of the first grouper 21, measured along the axis X, is twice that of the central electrode 63 of the second grouper 22, since the frequency of the voltage N 2 applied to the central electrode of the second grouper 22 is twice the frequency of the voltage V ⁇ applied to the central electrode of the first grouper 21.
  • the end electrodes 61, 62, 64 and 65 are, in the example illustrated , to ground.
  • each particle coming from the source 10, an input phase ⁇ e and an output phase ⁇ s .
  • These phases correspond to the relative position of the particles at the inlet and at the outlet of the injection line 30.
  • the groupers 21 and 22 make it possible to act on the outlet phase ⁇ s of the particles as a function of their phase of entry ⁇ e .
  • the particles whose exit phase ⁇ s is included in an interval [ ⁇ l5 ⁇ 2 ] called acceptance interval, with ⁇ p ⁇ and ⁇ 2 neighbors of 15 ° for example in absolute value, are accelerated by cyclotron 20 while the particles having an output phase ⁇ s not included in this interval are lost and do not form part of the particle beam delivered by the cyclotron 20.
  • the phases ⁇ ⁇ and ⁇ 2 can be different or equal, in absolute value.
  • FIG. 4 illustrates the grouping of the particles after passage through the grouper 21 then in the grouper 22.
  • the intensity I of the particle beam at the exit from the injection line is represented as a function of the exit phase ⁇ s .
  • the intensity varies very quickly near the limits of the acceptance interval.
  • the programmable control device 50 is configured to act on the phase shift ⁇ between the voltages V ⁇ and N 2 in order to modify the shape of the curve shown in FIG. 4 and the efficiency of the grouping of particles, therefore the intensity at exit from the cyclotron.
  • the actuator 40 can be produced otherwise than with two groupers without departing from the scope of the present invention. It may for example comprise a movable element 70, as illustrated in FIG. 6, rotating around a geometric axis of rotation Y and comprising several openings which can be placed in the path of the beam, for example two openings 71 and 72 of different diameters . Depending on the selected aperture, a more or less significant quantity of particles can be intercepted, which can make it possible to vary the intensity I of the beam delivered by the cyclotron.
  • the actuator can also include an electrostatic deflector, as illustrated in FIG. 7.
  • This deflector can comprise, for example, two electrodes 75 and 76 and the beam propagating along the X axis can be intercepted thanks to the voltage applied to these electrodes 75 and 76. It is understood that by applying a sufficiently high pulse voltage between the electrodes, it is possible to chop the beam. Such an actuator makes it possible to control the intensity in all or nothing.
  • FIG. 8 shows an example of a programmed control law for the intensity of the beam of charged particles as a function of time.
  • This law can be, as illustrated, a law in time slots, each time window having for example an amplitude lower than that of the previous time window.
  • Such an intensity control law can be useful when processing an area 80 of the human body, shown diagrammatically in FIG. 9.
  • This area 80 may be, for example, a tumor to be destroyed, and may be divided into strata 81 located at different depths.
  • Treatment can be started with a relatively high intensity particle beam to treat the deepest strata.
  • the programmed intensity law can make it possible to reduce the intensity to take into account, when processing the shallowest strata, of the fact that the latter have already received a significant dose of radiation during the passage of the beam intended to treat the strata the deepest.
  • the intensity control can be correlated to the position of the beam at the output of the deflection device 41.
  • the latter can be controlled by the control device 50.
  • Figures 10 and 11 illustrate other non-limiting examples of control laws that can be programmed, for example sawtooth, possibly of non-constant amplitude (Figure 10) or according to any curve of shape ( Figure 11 ).
  • the particle accelerator can have a single cyclotron to accelerate particles.
  • the accelerator can thus, for example, as illustrated in FIG. 12, comprise two cyclotrons, namely a first cyclotron 20 ′, for example of the compact isochronous type, surrounded by a second cyclotron 20 ′′ for example of the isochronous type with separate sectors.
  • Molecular ions for example H 2 + can be accelerated in the first cyclotron 20 'and directed to an electronic peeler located in the second cyclotron.
  • the crossing of this peeler makes it possible to generate a beam of H protons.
  • the intensity of the beam can be measured on this peeler and the output phase ⁇ s of the beam injected into the first cyclotron can be controlled by a programmable control device in a similar manner to what has been previously described.
  • the accelerated particles are particles other than H " or H + , for example H 3 or D " .

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Abstract

La présente invention concerne un accélérateur de particules, comportant une source apte à générer un faisceau de particules chargées à accélérer, au moins un cyclotron pour accélérer des particules issues de la source, au moins un actionneur (40) pour agir sur les particules du faisceau avant leur accélération par le cyclotron, au moins un capteur (33) apte à délivrer une information représentative de l'intensité du faisceau de particules accélérées par le cyclotron, et un dispositif de contrôle programmable (50) apte à agir sur l'actionneur en fonction de l'information délivrée par le capteur et d'une loi de commande programmée de l'intensité du faisceau de particules accélérées dans le temps, de manière à ce que l'intensité du faisceau délivré par le cyclotron respecte la loi de commande programmée.

Description

Accélérateur de particules La présente invention concerne les accélérateurs de particules et leurs applications industrielles et médicales, notamment.
Des accélérateurs de particules sont décrits dans la publication CERN ACCELERATOR SCHOOL, CYCLOTRONS, LINACS AND THEIR APPLICATIONS, GENENA 96, suite au séminaire ayant eu lieu en Belgique du 28 avril au 5 mai 1994, dont le contenu est incorporé dans la présente demande par référence.
Il existe un besoin pour disposer d'un accélérateur capable de délivrer un faisceau de particules accélérées dont l'intensité puisse être contrôlée de manière fiable et rapide.
L'invention vise notamment à répondre à ce besoin.
Elle y parvient grâce à un accélérateur de particules, comportant :
- une source apte à générer un faisceau de particules chargées à accélérer,
- au moins un cyclotron pour accélérer des particules issues de la source, - au moins un actionneur pour agir sur les particules du faisceau avant leur accélération par le cyclotron,
- au moins un capteur apte à délivrer une information représentative de l'intensité du faisceau de particules accélérées par le cyclotron, et
- un dispositif de contrôle programmable apte à agir sur l'actionneur en fonction de l'information délivrée par le capteur et d'une loi de commande programmée de l'intensité du faisceau de particules accélérées dans le temps, de manière à ce que l'intensité du faisceau délivré par le cyclotron respecte la loi de commande programmée.
Grâce à l'invention, il est possible de délivrer un faisceau de particules accélérées avec une intensité variable dans le temps et évoluant de manière prédéterminée.
Il est ainsi possible, par exemple, de contrôler plus précisément la distribution d'une dose de rayonnement dans un volume à traiter, ce qui peut permettre d'améliorer notamment l'efficacité de l'hadronthérapie et de la thérapie par capture de neutrons par le bore, encore appelée BΝCT. II est encore possible, grâce à l'invention, d'alimenter de manière plus précise les systèmes pilotés par accélérateur, encore appelés ADS.
Le capteur précité peut comporter un éplucheur traversé par le faisceau de particules accélérées par le cyclotron. Cet éplucheur peut être un éplucheur électronique ou nucléaire. Un éplucheur nucléaire peut permettre de générer, par exemple, des neutrons.
L'actionneur, qui peut être mécanique ou non, peut comporter au moins un déflecteur électrostatique et/ou magnétique ou au moins un organe mobile, apte à intercepter des particules du faisceau.
L'actionneur peut encore comporter, par exemple, au moins un groupeur, en particulier deux groupeurs. Dans ce dernier cas, chaque groupeur peut comporter une électrode centrale ayant un potentiel variable dans le temps, disposée entre deux électrodes d'extrémité au même potentiel, l'électrode centrale créant avec chacune des électrodes d'extrémité une différence de potentiel agissant sur les particules issues de la source. La longueur de l'électrode centrale du groupeur traversé en premier par le faisceau peut être différente de celle de l'électrode centrale du groupeur traversé en deuxième par le faisceau, et être notamment supérieure, valant par exemple le double. Les tensions appliquées aux électrodes centrales peuvent être sinusoïdales.
Les tensions appliquées aux deux groupeurs peuvent correspondre sensiblement aux deux premiers termes de la décomposition en série de Fourier d'une tension en dents de scie.
Le dispositif de contrôle peut être configuré pour modifier le déphasage entre les tensions appliquées aux groupeurs en fonction de l'information délivrée par le capteur.
La loi de courant programmée peut comporter, en fonction du temps, au moins deux créneaux, notamment au moins deux créneaux d'amplitudes différentes.
La source peut être apte à générer des ions moléculaires, par exemple des ions H2 + ou H3 +.
La source peut encore être apte à générer des ions H" ou D", entre autres.
Le dispositif de contrôle programmable est avantageusement rapide et présente par exemple un temps de réponse inférieur ou égal à 10 μs, de préférence inférieur ou égal à 5 μs, par exemple de l'ordre de 1 μs. L'accélérateur peut comporter un élément quelconque de post-accélération fonctionnant en continu.
L'accélérateur peut ainsi comporter, par exemple, deux cyclotrons, par exemple un premier cyclotron associé à la source et un deuxième cyclotron pour accélérer des particules issues du premier cyclotron. Dans ce cas, le capteur peut comporter un éplucheur disposé à l'intérieur du deuxième cyclotron et les particules, par exemple des ions H2 , accélérées par le premier cyclotron peuvent quitter ce dernier sans traverser d' éplucheur.
L'accélérateur peut comporter un dispositif de déviation permettant d'effectuer avec le faisceau de particules accélérées un balayage d'une zone prédéterminée, par exemple une région du corps humain. Le dispositif de contrôle programmable peut alors être agencé, par exemple, pour modifier l'intensité du faisceau de particules accélérées en fonction de la position du faisceau.
La présente invention, selon un autre de ses aspects, a encore pour objet un procédé pour produire un faisceau de particules accélérées ayant une intensité variant de manière programmée dans le temps, ce procédé pouvant comporter l'étape consistant à programmer le dispositif de contrôle programmable de l'accélérateur défini plus haut en fonction de la variation dans le temps de l'intensité souhaitée.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de traitement du corps humain ou animal, pouvant comporter l'étape consistant à irradier une zone à traiter par un faisceau de particules accélérées au moyen d'un accélérateur de particules tel que défini plus haut. Dans un tel procédé on peut, notamment dans le cas de l'hadronthérapie, effectuer un balayage de la zone à traiter avec le faisceau de particules accélérées et modifier l'intensité du faisceau dans le temps pour tenir compte de la dose reçue par les différentes régions lors de la traversée de celles-ci par le faisceau pour traiter les régions les plus profondes. L'intensité du faisceau de particules peut, par exemple, évoluer en créneaux d'amplitude décroissante dans le temps, le traitement pouvant s'effectuer avec une intensité plus élevée pour commencer, afin de traiter les régions les plus profondes, et plus faible en dernier, afin de traiter les régions les moins profondes.
On peut encore utiliser un accélérateur de particules selon l'invention pour alimenter un système piloté par accélérateur. Un tel système piloté par accélérateur peut comporter, par exemple, un amplificateur d'énergie, un réacteur nucléaire sous-critique ou un transmuteur de déchets nucléaires.
On peut également utiliser un accélérateur de particules selon l'invention pour produire un flux de neutrons, notamment un flux de neutrons sensiblement monoénergétiques.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique et partielle d'un exemple d'accélérateur selon l'invention,
- la figure 2 est un schéma en blocs illustrant le contrôle de l'intensité du faisceau délivré par l'accélérateur, - la figure 3 représente en vue schématique et partielle, en coupe axiale, deux groupeurs,
- la figure 4 représente la variation de la phase de sortie des particules en fonction de leur phase d'entrée, lorsqu'elles traversent les deux groupeurs,
- la figure 5 représente un exemple de variation dé l'intensité du faisceau de particules accélérées en fonction de leur phase de sortie de la ligne d'injection,
- la figure 6 représente, en coupe axiale schématique et partielle, un élément mobile d'un autre exemple d'actionneur selon l'invention,
- la figure 7 représente schématiquement un autre exemple d'actionneur, comportant un déflecteur électrostatique, - la figure 8 représente un exemple, parmi d'autres, de loi d'intensité pouvant être programmée,
- la figure 9 représente schématiquement une zone à traiter par un faisceau de particules accélérées,
- les figures 10 et 11 représentent d'autres exemples non limitatifs de lois d'intensité pouvant être programmées, et
- la figure 12 représente, de manière schématique et partielle, en vue de côté, un exemple d'accélérateur de particules à double cyclotron pouvant utiliser un dispositif de contrôle programmable de l'intensité.
On a représenté, sur la figure 1, un accélérateur de particules 1 comportant une source d'ions 10 destinée à générer des particules chargées, par exemple des ions H", et un cyclotron 20 pour accélérer ces particules.
Les particules émises par la source 10 sont injectées dans le cyclotron, dans l'exemple illustré, par une ligne d'injection axiale 30. Cette dernière intègre un actionneur 40, dont le rôle sera précisé plus loin, comportant un premier groupeur 21 et un deuxième groupeur 22.
La ligne d'injection 30 comporte également, de manière conventionnelle, des lentilles de focalisation, magnétiques ou électrostatiques.
Les particules à accélérer quittant la ligne d'injection 30 sont injectées dans une région centrale du cyclotron 20, de façon connue en soi.
Le cyclotron 20 est, par exemple, du type isochrone compact, et peut être supraconducteur ou non. Les particules sont accélérées par le cyclotron 20 selon une trajectoire en forme générale de spirale, comme illustré sur la figure 1.
Seule la dernière orbite des particules accélérées a été représentée sur cette figure. Le faisceau traverse un éplucheur électronique 33, comportant par exemple une feuille de carbone ayant une densité comprise entre 20 et 60 μg/cm2. Dans l'exemple considéré, les particules accélérées sont des ions H". L' éplucheur 33 les transforme en protons H+ et la courbure de leur trajectoire s'inverse, ce qui leur permet de quitter le cyclotron.
Un système optique conventionnel 35 permet de diriger le faisceau ainsi extrait du cyclotron vers une cible de production de radioéléments ou vers toute zone du corps humain ou animal ou d'un objet à traiter. Le faisceau peut notamment être dirigé vers un dispositif de déviation 41 permettant d'effectuer, avec le faisceau accéléré, un balayage d'une zone à traiter, par exemple une tumeur.
L'éplucheur 33 est isolé électriquement, ce qui permet de mesurer l'intensité du courant électrique correspondant au faisceau de particules qui le traverse. L'accélérateur 1 comporte un dispositif de contrôle programmable 50, représenté schématiquement à la figure 2. Ce dispositif 50 reçoit une information représentative de l'intensité mesurée par l'éplucheur 33 et permet de contrôler l'intensité du faisceau de particules délivré par l'accélérateur.
Le dispositif 50 peut être programmé avec une loi d'intensité quelconque, étant configuré pour commander en continu par rétroaction l'actionneur 40 de manière à ce que l'intensité effectivement délivrée par le cyclotron respecte la loi d'intensité programmée. Dans l'exemple illustré, le dispositif 50 est réalisé avec des composants électroniques rapides, ce qui permet d'obtenir un temps de réponse très court, par exemple de l'ordre de 1 μs.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, les deux groupeurs séparés 21 et 22 de l' actionneur 40. Le faisceau de particules émis par la source 10 se propage selon un axe X, en traversant le groupeur 21 puis le groupeur 22.
Le groupeur 21 comporte une électrode centrale 60 et deux électrodes d'extrémité 61 et 62.
De manière similaire, le groupeur 22 comporte une électrode centrale 63 et deux électrodes d'extrémité 64 et 65.
Dans l'exemple considéré, la longueur de l'électrode centrale 60 du premier groupeur 21, mesurée selon l'axe X, est le double de celle de l'électrode centrale 63 du deuxième groupeur 22, car la fréquence de la tension N2 appliquée sur l'électrode centrale du deuxième groupeur 22 est le double de la fréquence de la tension Vι appliquée sur l'électrode centrale du premier groupeur 21. Les électrodes d'extrémité 61, 62, 64 et 65 sont, dans l'exemple illustré, à la masse.
On peut attribuer à chaque particule, issue de la source 10, une phase d'entrée φe et une phase de sortie φs. Ces phases correspondent à la position relative des particules à l'entrée et à la sortie de la ligne d'injection 30. Les groupeurs 21 et 22 permettent d'agir sur la phase de sortie φs des particules en fonction de leur phase d'entrée φe. Les particules dont la phase de sortie φs est comprise dans un intervalle [φl5 φ2] appelé intervalle d'acceptance, avec <pι et φ2 voisins de 15° par exemple en valeur absolue, sont accélérées par le cyclotron 20 tandis que les particules ayant une phase de sortie φs non incluse dans cet intervalle sont perdues et ne font pas partie du faisceau de particules délivré par le cyclotron 20. Les phases ψ\ et φ2 peuvent être différentes ou égales, en valeur absolue.
L'allure de la tension N, somme des tensions Ni et N , peut s'approcher de celle d'un signal en dent de scie si l'on choisit les tensions Ni et N2 comme les deux premiers termes de la décomposition en série de Fourier d'un signal en dents de scie. La figure 4 illustre le regroupement des particules après passage dans le groupeur 21 puis dans le groupeur 22.
Grâce à l'utilisation combinée des deux groupeurs 21 et 22, on peut obtenir par exemple environ 70 % de particules dont la phase de sortie φs est comprise dans l'intervalle d'acceptance du cyclotron, donc non perdues.
Sur la figure 5, on a représenté l'intensité I du faisceau de particules à la sortie de la ligne d'injection en fonction de la phase de sortie φs. On peut remarquer que l'intensité varie très rapidement au voisinage des bornes de l'intervalle d'acceptance.
Ainsi, une variation relativement faible de la phase de sortie φs peut entraîner une variation relativement importante de l'intensité I du faisceau délivré.
Le dispositif de contrôle programmable 50 est configuré pour agir sur le déphasage Δφ entre les tensions Vι et N2 afin de modifier l'allure de la courbe représentée à la figure 4 et l'efficacité du groupement des particules, donc l'intensité à la sortie du cyclotron.
En agissant sur le déphasage Δφ, on peut ainsi agir sur l'intensité I et amener celle-ci à la valeur souhaitée.
L'actionneur 40 peut être réalisé autrement qu'avec deux groupeurs sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. Il peut par exemple comporter un élément mobile 70, comme illustré sur la figure 6, tournant autour d'un axe géométrique de rotation Y et comportant plusieurs ouvertures pouvant être placées sur le trajet du faisceau, par exemple deux ouvertures 71 et 72 de diamètres différents. Selon l'ouverture sélectionnée, une quantité plus ou moins importante de particules peut être interceptée, ce qui peut permettre de faire varier l'intensité I du faisceau délivrée par le cyclotron.
L'actionneur peut encore comporter un déflecteur électrostatique, comme illustré sur la figure 7. Ce déflecteur peut comporter, par exemple, deux électrodes 75 et 76 et le faisceau se propageant selon l'axe X peut être intercepté grâce à la tension appliquée à ces électrodes 75 et 76. On comprend qu'en appliquant une tension en créneaux suffisamment forte entre les électrodes, on peut hacher le faisceau. Un tel actionneur permet de commander l'intensité en tout ou rien.
Sur la figure 8, on a représenté un exemple de loi de commande programmée de l'intensité du faisceau de particules chargées en fonction du temps. Cette loi peut être, comme illustré, une loi en créneaux, chaque créneau ayant par exemple une amplitude inférieure à celle du créneau précédent.
Une telle loi de commande de l'intensité peut être utile lors du traitement d'une zone 80 du corps humain, représenté schématiquement sur la figure 9. Cette zone 80 peut être, par exemple, une tumeur à détruire, et peut être divisée en strates 81 situées à différentes profondeurs. On peut commencer le traitement avec un faisceau de particules d'intensité relativement élevée pour traiter les strates les plus profondes. La loi d'intensité programmée peut permettre de diminuer l'intensité pour tenir compte, lors du traitement des strates les moins profondes, du fait que ces dernières ont déjà reçu une dose de rayonnement non négligeable lors du passage du faisceau destiné à traiter les strates les plus profondes.
La commande de l'intensité peut être corrélée à la position du faisceau à la sortie du dispositif de déviation 41. Ce dernier peut être commandé par le dispositif de contrôle 50.
Les figures 10 et 11 illustrent d'autres exemples, non limitatifs, de lois de commande pouvant être programmées, par exemple en dents de scie, éventuellement d'amplitude non constante (figure 10) ou selon une courbe d'allure quelconque (figure 11).
L'accélérateur de particules peut comporter un seul cyclotron pour accélérer les particules.
Il peut également comporter un élément de post-accélération pour accélérer les particules en continu à leur sortie du cyclotron. L'accélérateur peut ainsi, par exemple, comme illustré à la figure 12, comporter deux cyclotrons, à savoir un premier cyclotron 20' par exemple du type isochrone compact, entouré par un deuxième cyclotron 20" par exemple du type isochrone à secteurs séparés.
Des ions moléculaires, par exemple H2 +, peuvent être accélérés dans le premier cyclotron 20' et dirigés vers un éplucheur électronique situé dans le deuxième cyclotron. La traversée de cet éplucheur permet de générer un faisceau de protons H . L'intensité du faisceau peut être mesurée sur cet éplucheur et la phase de sortie φs du faisceau injecté dans le premier cyclotron peut être commandée par un dispositif de contrôle programmable de manière similaire à ce qui a été précédemment décrit.
On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque les particules accélérées sont des particules autres que H" ou H +, par exemple H3 ou D".
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
On peut notamment utiliser d'autres actionneurs et capteurs d'intensité.
Dans toute la description, l'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
Accélérateur de particules, comportant : une source (10) apte à générer un faisceau de particules chargées à accélérer, au moins un cyclotron (20 ; 20', 20") pour accélérer des particules issues de la source,
- au moins un actionneur (40) pour agir sur les particules du faisceau avant leur accélération par le cyclotron, - au moins un capteur (33) apte à délivrer une information représentative de l'intensité du faisceau de particules accélérées par le cyclotron, et
- un dispositif de contrôle programmable (50) apte à agir sur l'actionneur en fonction de l'information délivrée par le capteur et d'une loi de commande programmée de l'intensité du faisceau de particules accélérées dans le temps, de manière à ce que l'intensité du faisceau délivré par le cyclotron respecte la loi de commande programmée.
2. Accélérateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur comporte un éplucheur (33) traversé par le faisceau de particules accélérées par le cyclotron.
3. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'éplucheur est un éplucheur (33) électronique.
4. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'actionneur comporte au moins un déflecteur électrostatique (75, 76).
5. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'actionneur comporte au moins un organe mobile (70) apte à intercepter des particules du faisceau.
6. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'actionneur comporte au moins un groupeur (21, 22).
7. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'actionneur (40) comporte deux groupeurs (21, 22).
8. Accélérateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle est configuré pour modifier le déphasage entre des tensions appliquées aux deux groupeurs en fonction de l'information délivrée par le capteur.
9. Accélérateur selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisé par le fait que chaque groupeur comporte une électrode centrale (60 ; 63) ayant un potentiel variable dans le temps, disposée entre deux électrodes d'extrémité (61, 62 ; 64, 65) au même potentiel, et créant avec chacune de ces dernières une différence de potentiel, et par le fait que la longueur de l'électrode centrale (60) du groupeur (21) traversé en premier par le faisceau est le double de celle de l'électrode centrale (63) du groupeur (22) traversé en deuxième par le faisceau.
10. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que les tensions appliquées aux groupeurs (21, 22) correspondent sensiblement aux premiers termes de la décomposition en série de Fourier d'un signal en dents de scie.
11. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la loi de courant programmée comporte, en fonction du temps, au moins deux créneaux, notamment d'amplitudes différentes.
12. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source (10) est apte à générer des ions moléculaires.
13. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la source est apte à générer des ions H2 + ou H3 +.
14. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la source (10) est apte à générer des ions H".
15. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la source (10) est apte à générer des ions D+.
16. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle programmable (50) présente un temps de réponse inférieur ou égal à 10 μs, de préférence inférieur ou égal à 5 μs.
17. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un élément de post-accélération (20") fonctionnant en continu.
18. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte deux cyclotrons (20', 20").
19. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier cyclotron (20') associé à la source et un deuxième cyclotron (20") pour accélérer des particules issues du premier cyclotron.
20. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le capteur comporte un éplucheur disposé à l'intérieur du deuxième cyclotron, les particules accélérées par le premier cyclotron quittant ce dernier sans traverser d' éplucheur.
21. Accélérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de déviation (41) permettant d'effectuer un balayage d'une zone prédéterminée (80), notamment une région du corps humain, avec le faisceau de particules accélérées.
22. Accélérateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle programmable (50) est agencé pour modifier l'intensité du faisceau de particules accélérées en fonction de la position du faisceau.
23. Procédé pour produire un faisceau de particules accélérées ayant une intensité variant de manière programmée dans le temps, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape suivante :
- programmer le dispositif de contrôle programmable (50) de l'accélérateur (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes en fonction de la variation d'intensité souhaitée.
24. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle (50) est programmé de manière à, lors d'un balayage d'une zone à traiter avec le faisceau de particules accélérées, diminuer l'intensité du faisceau dans le temps pour tenir compte de la dose reçue par les différentes régions de la zone traitée lors de la traversée de celles-ci par le faisceau pour traiter les régions les plus profondes.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé par le fait que le dispositif de contrôle (50) est programmé de manière à ce que l'intensité du faisceau de particules évolue en créneaux d'amplitude décroissante dans le temps.
26. Utilisation d'un accélérateur tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 22 pour alimenter un système piloté par accélérateur.
27. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le système piloté par accélérateur comporte un amplificateur d'énergie, un réacteur nucléaire sous critique ou un transmuteur de déchets nucléaires.
28. Utilisation d'un accélérateur tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 22 pour produire un flux de neutrons, notamment de neutrons sensiblement mono énergétiques.
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