電気機械的モータを有する粒子加速器並びにその動作及び製造方法
【課題】移動可能な機械的デバイスを加速チェンバー内部に配置して有する粒子加速器を提供する。
【解決手段】加速チェンバー（２０６）内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導く電場システム（１０６）及び磁場システム（１０８）を含む粒子加速器（１０２）である。本粒子加速器はさらに、加速チェンバーの内部に配置させた機械的デバイス（２８０、２８２）を含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動される。本粒子加速器はさらに、コネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを有する電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）を含む。このコネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。圧電素子を作動させたときにＥＭモータはコネクタ構成要素を駆動し、これにより機械的デバイスが移動する。
【解決手段】加速チェンバー（２０６）内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導く電場システム（１０６）及び磁場システム（１０８）を含む粒子加速器（１０２）である。本粒子加速器はさらに、加速チェンバーの内部に配置させた機械的デバイス（２８０、２８２）を含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動される。本粒子加速器はさらに、コネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを有する電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）を含む。このコネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。圧電素子を作動させたときにＥＭモータはコネクタ構成要素を駆動し、これにより機械的デバイスが移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載した本発明の実施形態は全般的には粒子加速器に関し、またより詳細には移動可能な機械的デバイスを加速チェンバー内部に配置して有する粒子加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンなどの粒子加速器は、様々な工業用途、医療用途及び研究用途を有することがある。例えば粒子加速器は、医学的治療、撮像及び研究での用途並びに医学関連でない別の用途を有する放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）を産生するために用いられることがある。放射性同位体を産生するシステムは、加速チェンバーを囲繞するマグネットヨークを有するサイクロトロンを含むのが典型的である。サイクロトロンは、互いから離間させた対向するポールトップを含むことがある。ポール間のらせん様の軌道に沿って荷電粒子を加速しかつガイドするために加速チェンバーの内部に電場及び磁場を生成することがある。放射性同位体の産生のためにサイクロトロンは、荷電粒子の粒子ビームを形成すると共に、加速チェンバーから出て標的材料を有する標的システムの方向にこの粒子ビームを導く。幾つかのケースでは標的システムを加速チェンバーの内部に設置されることがある。粒子ビームは標的材料上に入射し、これにより放射性同位体が生成される。
【０００３】
粒子加速器の動作時に加速チェンバーの内部で様々な機械的デバイスを用いることが望ましい。例えば、荷電粒子から電子を引き剥がすフォイルを保持するフォイル保持体を移動させることが望ましい。さらに、所望の経路の様々な部分に沿った粒子ビームの試験のために診断用探触子を移動させることが望ましい。しかし、これらの機械的デバイスやその他の機械的デバイスは加速チェンバーの環境内で動作可能でなければならない。粒子加速器の動作時において、加速チェンバーを排気させることがあり、またその内部に大きな磁場を存在させることがある。幾つかのケースでは、機械的デバイスの磁場成分によって荷電粒子を導く役割をする磁場が乱されることがある。さらに、加速チェンバーを画定する内部表面に沿って大量の放射線が存在することがある。環境に関する上記の懸念に加えて、加速チェンバー内部の機械的デバイスは、大きな空間を要求しかつ動作が困難であることや、高い精度レベルを欠くことがある。さらに加速チェンバー内部の機械的デバイスは、真空チェンバーの外部にある電磁式アクチュエータ／モータと機械的にリンクさせることが可能である。これらのモータは、加速チェンバーの高い磁場内では有効に動作させることが不可能であり、またさらにその内部の確定（ｗｅｌｌ−ｄｅｆｉｎｅｄ）磁場と干渉する可能性もある。このため電磁式モータは、真空フィードと通って延びる機械的構成要素によって加速チェンバー内部にある機械的デバイスと相互接続させることがある。しかしこうした機械的構成要素や真空フィードは粒子加速器の複雑性を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２０１００１４８６２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、加速チェンバー内に有する機械的デバイスが周知の機械的デバイスと比べてより小型で、費用がより少なくかつ／または操作がより容易である粒子加速器が必要とされている。さらに、粒子加速器の操作や維持を行う要員に対する放射線被ばくを低減させた粒子加速器及び方法が必要とされている。さらに、粒子加速器の操作及び／または維持を容易にさせかつ／または放射線照射に影響されない代替的なデバイスが一般に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、加速チェンバー内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム及び磁場システムを含んだ粒子加速器を提供する。本粒子加速器はさらに、加速チェンバーの内部に配置された機械的デバイスを含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動させるように構成されている。本粒子加速器はさらに、コネクタ構成要素及び該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子を有する電気機械的（ＥＭ）モータを含む。このコネクタ構成要素は、機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。このＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させる。
【０００７】
別の実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を操作する方法を提供する。本方法は、加速チェンバー内に荷電粒子の粒子ビームを提供するステップを含む。この粒子ビームは粒子加速器によって所望の経路に沿って導かれる。本方法はさらに、加速チェンバー内部で機械的デバイスを選択的に移動させるステップを含む。この機械的デバイスは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを含んだ電気機械的（ＥＭ）モータによって移動させている。このコネクタ構成要素は、機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。このＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させる。
【０００８】
さらに別の実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を製造する方法を提供する。この粒子加速器は、加速チェンバー内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム及び磁場システムを含む。本方法は、加速チェンバー内部に機械的デバイスを位置決めするステップを含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動されるように構成されている。本方法はさらに、機械的デバイスに電気機械的（ＥＭ）モータを動作可能に結合させるステップを含む。このＥＭモータは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを有する。このコネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられており、この際にＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動し、これにより機械的デバイスを移動させるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による粒子加速器のブロック図である。
【図２】一実施形態による粒子加速器の側面概要図である。
【図３】一実施形態による粒子加速器で使用し得るヨーク及びポールセクションの一部分の斜視図である。
【図４】図３のヨーク及びポールセクションのうちの引き剥がし用アセンブリをより詳細に表した拡大図である。
【図５】図３のヨーク及びポールセクションのうちの診断用探触子アセンブリをより詳細に表した拡大図である。
【図６】ヨーク及びポールセクションのうちの一実施形態によるＲＦチューニングアセンブリを表した拡大図である。
【図７】様々な実施形態で使用し得る電気機械的（ＥＭ）モータの分解図である。
【図８】図７のＥＭモータの斜視図である。
【図９】圧電素子の動きを表した図である。
【図１０】様々な実施形態で使用し得るアクチュエータアセンブリを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。
【００１１】
図１は、一実施形態に従って形成した同位体産生システム１００のブロック図である。システム１００は、イオン源システム１０４、電場システム１０６、磁場システム１０８及び真空システム１１０を含む幾つかのサブシステムを有する粒子加速器１０２を含む。粒子加速器１０２は例えば、サイクロトロンとすること、またより具体的にはイソクロナス・サイクロトロンとすることがある。粒子加速器１０２は、加速チェンバー１０３を含むことがある。加速チェンバー１０３は粒子加速器のハウジングやその他の部分によって画定されることがあり、また排気済みの状態または条件を有する。図１に示した粒子加速器は、サブシステム１０４、１０６、１０８及び１１０のうちの少なくとも一部を加速チェンバー１０３内に配置させて有する。粒子加速器１０２の使用時において荷電粒子は、粒子加速器１０２の加速チェンバー１０３の内部に配置されるか、イオン源システム１０４を通して粒子加速器１０２の加速チェンバー１０３内に注入される。磁場システム１０８及び電場システム１０６は、荷電粒子の粒子ビーム１１２の生成の際に協働するそれぞれの場を発生させている。これらの荷電粒子は加速チェンバー１０３内部で加速され、所定のまたは希望する経路に沿ってガイドされる。粒子加速器１０２の動作時において、加速チェンバー１０３は真空（または、排気された）状態にあると共に大きな磁気フラックスを受けることがある。例えば加速チェンバー１０３内のポールトップ間の平均磁場強度は少なくとも１テスラとすることがある。さらに、粒子ビーム１１２の生成前における加速チェンバー１０３の圧力を概ね１×１０-7ミリバールとすることがある。粒子ビーム１１２の生成後における加速チェンバー１０３の圧力を概ね２×１０-5ミリバールとすることがある。
【００１２】
さらに図１に示したようにシステム１００は、抽出システム１１５と、標的材料１１６を含んだ標的システム１１４と、を有する。図示した実施形態では標的システム１１４は粒子加速器１０２に隣接して位置決めされている。同位体を生成するために粒子ビーム１１２は、粒子加速器１０２によって抽出システム１１５を通してビーム搬送経路またはビーム通路１１７に沿って標的システム１１４内に導かれ、対応する標的箇所１２０に配置された標的材料１１６上に粒子ビーム１１２が入射する。標的材料１１６に粒子ビーム１１２が照射されると、中性子やガンマ線からの放射が生成されることがある。代替的な実施形態ではシステム１００は、加速器チェンバー１０３の内部に配置されるか加速器チェンバー１０３に直接取り付けられた標的システムを有することがある。
【００１３】
システム１００は、別々の標的材料１１６Ａ〜Ｃを配置させた複数の標的箇所１２０Ａ〜Ｃを有することがある。粒子ビーム１１２を異なる標的材料１１６上に入射させるように粒子ビーム１１２を基準として標的箇所１２０Ａ〜Ｃをシフトさせるためにシフト用デバイスまたはシステム（図示せず）が用いられることがある。シフトの過程でも同様に真空を維持させることがある。別法として粒子加速器１０２及び抽出システム１１５は粒子ビーム１１２を１つの経路だけに沿って導くのでないことがあり、異なる各標的箇所１２０Ａ〜Ｃごとに一意の経路に沿って粒子ビーム１１２を導くことがある。さらにビーム通路１１７は、粒子加速器１０２から標的箇所１２０まで実質的に直線的とすることがあり、あるいはビーム通路１１７がこれに沿った１つまたは複数の点で湾曲するまたは曲げられることがある。例えば、粒子ビーム１１２を別の経路に沿って導き直すようにビーム通路１１７に沿って位置決めしたマグネットを構成させることがある。
【００１４】
システム１００は、医学的な撮像、研究及び治療に関するのみならず、科学的な研究や解析など医学関連でない別の用途でも使用し得るような放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）を産生するように構成されている。核医学（ＮＭ）撮像や陽電子放出断層（ＰＥＴ）撮像などの医学的目的に使用する場合、その放射性同位体をトレーサーと呼ぶことがある。一例としてシステム１００は、液体の形態をした18Ｆ−同位体、ＣＯ2の形の11Ｃ同位体、並びにＮＨ3の形の13Ｎ同位体を作るための陽子を生成することがある。これらの同位体を作るために用いられる標的材料１１６は、濃縮18Ｏ水、天然の14Ｎ2ガス、16Ｏ水とすることがある。システム１００はさらに、15Ｏガス（酸素、二酸化炭素及び一酸化炭素）や15Ｏラベルの水を産生するために陽子や重陽子を生成することもある。
【００１５】
具体的な実施形態では、システム１００は1Ｈ-テクノロジーを用いると共に、その荷電粒子をビーム電流が概ね１０〜３０μＡで低エネルギー（例えば、約９．６ＭｅＶ）に至らせている。こうした実施形態では負の水素イオンが加速されると共に、粒子加速器１０２を通して抽出システム１１５内までガイドされる。この負の水素イオンは次いで、抽出システム１１５の引き剥がし用フォイル（図１では図示せず）に当たり、これにより電子対が除去されて粒子を正のイオン1Ｈ+にすることがある。しかし本明細書に記載した実施形態は、別のタイプの粒子加速器やサイクロトロンにも適用可能である。例えば代替的な実施形態では、その荷電粒子を1Ｈ+、2Ｈ+及び3Ｈｅ+などの正のイオンとすることがある。こうした代替的な実施形態では抽出システム１１５は、標的材料１１６の方向に粒子ビームをガイドする電場を生成する静電偏向器を含むことがある。さらに、別の実施形態ではそのビーム電流を例えば概ね２００μＡまでとすることがある。このビーム電流はさらに２０００μＡ以上までとすることも可能である。
【００１６】
システム１００は、それぞれの構成要素が発生する熱を吸収するために冷却用流体または作用流体を別のシステムの様々な構成要素まで搬送する冷却システム１２２を含むことがある。システム１００はさらに、技師が様々なシステム及び構成要素の動作を制御するために使用し得る制御システム１１８を含むことがある。制御システム１１８は、粒子加速器１０２及び標的システム１１４の近傍またはこれらから遠隔に配置させた１つまたは複数のユーザインタフェースを含むことがある。図１には図示していないがシステム１００はさらに、粒子加速器１０２及び標的システム１１４向けの１つまたは複数の放射線及び／または磁気遮蔽を含むことがある。
【００１７】
システム１００はさらに、荷電粒子を所定のエネルギーレベルまで加速するように構成されることがある。例えば本明細書に記載した幾つかの実施形態は、荷電粒子を概ね１８ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。別の実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね１６．５ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。具体的な実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね９．６ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。さらに具体的な実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね７．８ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。しかし本明細書に記載した実施形態はまた、１８ＭｅＶを超えるエネルギーを有することもある。例えば実施形態によっては、１００ＭｅＶを超える、５００ＭｅＶ以上のエネルギーを有することがある。
【００１８】
より詳細には以下で検討することにするが、システム１００は粒子加速器１０２の内部で動作するように構成された様々な機械的デバイスを含むことがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイスは、粒子ビーム１１２を生成しているときなどに加速チェンバー１０３内部で有効に動作することがある。このためにその機械的デバイスは、真空にある環境内で有効に動作するように構成されることがあり、大きな磁気フラックス場、高周波数及び高電圧場を受けており、かつ／または不用な放射線を大量に有している。別の実施形態では、本明細書に記載した機械的デバイスは標的システム１１４内で動作するように構成させることがある。
【００１９】
図２は、一実施形態に従って形成したサイクロトロン２００の側面図である。以下ではサイクロトロン２００に関連して説明しているが、実施形態によっては別の粒子加速器及びこれに関する方法を含み得ることを理解されたい。図２に示したようにサイクロトロン２００は、加速チェンバー２０６を囲繞するヨーク体部２０４を有するマグネットヨーク２０２を含む。代替的な実施形態ではその加速チェンバーは、ハウジングや遮蔽などマグネットヨーク以外の構成要素によって囲繞されるあるいは画定されることがある。ヨーク体部２０４は、その間の厚さがＴ1に及ぶ相対する側面２０８及び２１０を有すると共に、さらにその間の長さがＬに及ぶような上側及び底側端部２１２及び２１４を有する。この例示的実施形態では、ヨーク体部２０４は実質的に円形の断面を有しており、またこのために、長さＬがヨーク体部２０４の直径を示すことがある。ヨーク体部２０４は、鉄から製造されると共に、サイクロトロン２００の動作時に所望の磁場を発生させるようなサイズ及び形状とさせることがある。
【００２０】
ヨーク体部２０４は、その間に加速チェンバー２０６が画定される対向するヨークセクション２２８及び２３０を有することがある。ヨークセクション２２８及び２３０は、マグネットヨーク２０２の中間面２３２に沿って互いに隣接して位置決めされるように構成されている。図示したようにサイクロトロン２００は（重力を基準とした）垂直方向に向けられ、これにより中間面２３２がサイクロトロン２００の重量を支持する水平のプラットフォーム２２０と直角に延びるようにすることがある。サイクロトロン２００は、ヨークセクション２２８及び２３０（及び、対応する側面２１０及び２０８のそれぞれ）の間でこれを通って水平に延びる中心軸２３６を有する。中心軸２３６は、ヨーク体部２０４の中心を通って中間面２３２と直角に延びることがある。加速チェンバー２０６は、中間面２３２と中心軸２３６の交点に配置された中心領域２３８を有する。幾つかの実施形態ではその中心領域２３８は加速チェンバー２０６の幾何学的中心の位置にある。
【００２１】
ヨークセクション２２８と２３０は、加速チェンバー２０６内部の中間面２３２を横切って互いに対向するポール２４８と２５０のそれぞれを含む。ポール２４８及び２５０はポールギャップＧによって互いから離間されることがある。ポール２４８はポールトップ２５２を含んでおり、またポール２５０はポールトップ２５２と対向したポールトップ２５４を含む。ポール２４８及び２５０とその間のポールギャップＧとは、サイクロトロン２００の動作時に所望の磁場が生成されるようなサイズ及び形状としている。例えば幾つかの実施形態ではそのポールギャップＧを３ｃｍとすることがある。
【００２２】
サイクロトロン２００はさらに、加速チェンバー２０６の内部あるいはその近傍に配置させたマグネットアセンブリ２６０を含む。マグネットアセンブリ２６０は、所望のビーム経路に沿って荷電粒子を導くためのポール２４８及び２５０による磁場の生成を容易にするように構成されている。マグネットアセンブリ２６０は、中間面２３２を横断して互いに距離Ｄ1だけ離間させた相対する１対のマグネットコイル２６４及び２６６を含む。このマグネットコイルは実質的に円形とし中心軸２３６の周りに延びることがある。ヨークセクション２２８と２３０は、対応するマグネットコイル２６４と２６６のそれぞれを受け容れるようなサイズ及び形状としたマグネットコイルキャビティ２６８と２７０のそれぞれを形成することがある。さらに図２に示したようにサイクロトロン２００は、マグネットコイル２６４及び２６６を加速チェンバー２０６から離間させると共にマグネットコイル２６４及び２６６の適所への保持を容易にするチェンバー壁２７２及び２７４を含むことがある。
【００２３】
加速チェンバー２０６は、中心軸２３６の周りをらせん状に取り巻きかつ実質的に中間面２３２に沿う状態を保っている所定の湾曲経路に沿ったその内部における1Ｈ-イオンなどの荷電粒子の加速を可能にするように構成されている。この荷電粒子は、最初は中心領域２３８の近傍に位置決めされる。サイクロトロン２００を作動させると、荷電粒子の経路は中心軸２３６を取り巻く軌道をとることがある。図示した実施形態ではサイクロトロン２００はイソクロナス・サイクロトロンであり、またこのため荷電粒子の軌道は中心軸２３６の周りに湾曲した部分とこれより直線的な部分とを有する。しかし本明細書に記載した実施形態はイソクロナス・サイクロトロンに限定されるものではなく、別のタイプのサイクロトロンや粒子加速器も含む。図２に示したように、荷電粒子が中心軸２３６を回る軌道をとるとき、荷電粒子は加速チェンバー２０６の紙面から突き出てくること並びに加速チェンバー２０６の紙面内に入るように延び入ることがある。荷電粒子が中心軸２３６を回る軌道をとるため、荷電粒子の軌道と中心領域２３８の間に延びる半径Ｒは増大する。荷電粒子が軌道に沿った所定の箇所に到達すると、荷電粒子は抽出システム（図示せず）内に導かれるかこれを通過するように導かれサイクロトロン２００を出る。例えば荷電粒子は、上で検討したようなフォイルによってその電子を引き剥がされることがある。
【００２４】
粒子ビーム１１２の形成前及び形成中において加速チェンバー２０６は排気した状態とさせることがある。例えば粒子ビームを生成する前に、加速チェンバー２０６の圧力を概ね１×１０-7ミリバールとすることがある。粒子ビームが作動されてＨ2ガスが中心領域２３８に配置されたイオン源（図示せず）を通って流れているとき、加速チェンバー２０６の圧力は概ね２×１０-5ミリバールとなることがある。このためサイクロトロン２００は、中間面２３２の近傍とし得る真空ポンプ２７６を含むことがある。真空ポンプ２７６は、ヨーク体部２０４の端部２１４から半径方向の外方に突き出た部分を含むことがある。
【００２５】
幾つかの実施形態では、加速チェンバー２０６に（例えば、修復やメンテナンスのために）アクセスし得るようにそのヨークセクション２２８及び２３０を互いに向かって及び互いから離れるように移動可能とすることがある。例えばヨークセクション２２８及び２３０を、ヨークセクション２２８及び２３０の横に並んで延びるヒンジ（図示せず）によって繋ぎ合わせることがある。ヨークセクション２２８と２３０の一方または両方は、ヒンジ軸の周りで対応するヨークセクション（複数のこともある）をピボット動作させることによって開かれることがある。別の例としてそのヨークセクション２２８及び２３０は、ヨークセクションのうちの一方をもう一方から直線的に離れるように横方向に移動させることによって互いに分離させることがある。しかし代替的な実施形態ではそのヨークセクション２２８及び２３０を一体に形成することや、（例えば、加速チェンバー２０６内に至るマグネットヨーク２０２の穴または開口部を通った）加速チェンバー２０６へのアクセスの際に互いの封止を保持させることがある。代替的な実施形態ではそのヨーク体部２０４は、均等分割でないセクションを有することがあり、かつ／または３つ以上のセクションを含むことがある。
【００２６】
加速チェンバー２０６は、中間面２３２に沿って延びると共にその周りで実質的に対称となった形状を有することがある。例えば加速チェンバー２０６は実質的に円盤状であると共に、ポールトップ２５２と２５４の間に画定される内側空間領域２４１とチェンバー壁２７２と２７４の間に画定される外側空間領域２４３とを含むことがある。サイクロトロン２００の動作時における粒子の軌道は空間領域２４１の域内となることがある。加速チェンバー２０６はさらに、ヨーク体部２０４を通り標的システムまで延びる通路など、空間領域２４３から半径方向で外方に離れるように進む通路を含むことがある。
【００２７】
さらにポール２４８及び２５０（またより具体的には、ポールトップ２５２及び２５４）は、荷電粒子が所望の経路に沿って導かれる場合にこれらの間の空間領域２４１によって隔てられることがある。マグネットコイル２６４及び２６６もまた空間領域２４３によって隔てられることがある。具体的にはチェンバー壁２７２及び２７４はその間に空間領域２４３を有することがある。さらに空間領域２４３の周縁は、加速チェンバー２０６の周縁も画定している壁表面２５５によって画定されることがある。壁表面２５５は中心軸２３６の周りを周回方向に延びることがある。図示したように、空間領域２４１は中心軸２３６に沿ってポールギャップＧに等しい距離だけ延びており、また空間領域２４３は中心軸２３６に沿って距離Ｄ1だけ延びている。
【００２８】
図２に示したように空間領域２４３は中心軸２３６の周りで空間領域２４１を囲繞している。空間領域２４１及び２４３は一体となって加速チェンバー２０６を形成することがある。したがって図示した実施形態では、サイクロトロン２００は空間領域２４１のみを囲繞し、これにより空間領域２４１をサイクロトロンの加速チェンバーと画定させるような単独のタンクや壁を含まない。例えば真空ポンプ２７６を空間領域２４３を通して空間領域２４１に流体結合させることがある。空間領域２４１内に入る気体は空間領域２４３を通して空間領域２４１から排気させることがある。図示した実施形態では真空ポンプ２７６は空間領域２４３に流体結合させると共にこの領域に隣接して配置させている。
【００２９】
さらに図２に示したようにサイクロトロン２００は、電気機械的（ＥＭ）モータ２９０〜２９２に動作可能に取り付けられた１つまたは複数の機械的デバイス２８０〜２８２を含むことがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイス２８０〜２８２は、サイクロトロン２００の動作に影響する、またより具体的には粒子ビームに影響するように選択的に移動させるように構成されている。例えば機械的デバイス２８０及び２８１は、荷電粒子が機械的デバイス上に入射するように選択的に移動させることがある。機械的デバイス２８２は、粒子ビームの所望の経路に影響するように選択的に移動させることがある。さらに機械的デバイス２８０及び２８１は、ポールトップ２５２と２５４の間で加速チェンバー２０６の空間領域２４１内まで延びることがある。機械的デバイス２８２は、加速チェンバー２０６の空間領域２４３内に配置させることがある。
【００３０】
ＥＭモータ２９０〜２９２はそれぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に動作可能に取り付けられている。本明細書で使用する際に２つの要素またはアセンブリが「動作可能に取り付けられた」「動作可能に結合された」「動作可能に接続された」その他となっているときは、この２つの要素またはアセンブリが所望の機能を実行できるような方式で互いに接続されていることを含む。例えばＥＭモータ２９０〜２９２は、その各々によるそれぞれの機械的デバイスの選択的な移動を可能にさせるような方式でそれぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に取り付けらている。動作可能に結合させる（あるいは、その他とした）ＥＭモータと対応する機械的デバイスとは、何らの部品や構成要素を介在させることなく互いに直接接続させることや、互いに間接的に接続させることがある。いずれのケースでもＥＭモータによる移動によって機械的デバイスを移動させている。
【００３１】
具体的な実施形態ではそのＥＭモータ２９０〜２９２は、ポールトップ２５２または２５４のうちの１つに装着されるか、あるいはポールトップ２５２または２５４のうちの１つに隣接して配置されている。ＥＭモータ２９２は、図２に示したようにポールトップ２５２に直に隣り合わせて配置させている。例えばＥＭモータ２９０と２９１は、ポールトップ２５２と２５４のそれぞれに装着されている。ＥＭモータ２９２はチェンバー壁２７２に装着させることがある。しかし別の実施形態ではそのＥＭモータはポールトップ２５２または２５４に装着させたり、これらに隣接して配置させていない。
【００３２】
ＥＭモータ２９０〜２９２は、それぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素２９３〜２９５のそれぞれを含むことがある。このコネクタ構成要素は、ＥＭモータのロッド、シャフト、リンク、ばね、ハウジングその他など任意の物理的部分とすることができる。ＥＭモータ２９０〜２９２はさらに、対応するコネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（図示せず）を含むことがある。これらの圧電素子は、コネクタ構成要素を移動させ、これにより対応する機械的デバイスを移動するように作動させることがある。圧電素子に電圧または電場を印加することあるいは圧電素子を歪ませることによって作動を提供することがある。一例として、コネクタ構成要素に関して得られる移動は直線方向とすることや回転方向とすることがあり得る。具体的な実施形態ではそのＥＭモータ２９０〜２９２は、圧電モータまたは超音波モータである。
【００３３】
図３は、一実施形態に従って形成したヨークセクション３３０の部分斜視図である。ヨークセクション３３０は別のヨークセクション（図示せず）と対向させることがある。対向ヨークセクションとヨークセクション３３０を一体に封止させると、これらの間に加速チェンバーを形成することができる。封止するとこの２つのヨークセクションは、上で記載したサイクロトロン２００のマグネットヨーク２０２などのサイクロトロンのマグネットヨークを成すことがある。ヨークセクション３３０は、ヨークセクション２２８及び２３０（図２）に関連して記載したのと同様の構成要素や特徴を有することがある。図示したようにヨークセクション３３０は、マグネットポール３５０をその内部に配置させて有する片側開きの（ｏｐｅｎ−ｓｉｄｅｄ）キャビティ３２０を画定するリング部分３２１を含む。片側開きのキャビティ３２０は、上で検討した内側空間領域２４１と外側空間領域２４３など加速チェンバーの内側空間領域と外側空間領域（図示せず）からなる部分を含むことがある。リング部分３２１は、サイクロトロンの動作時に対向するヨークセクションの係合用表面を係合するように構成された係合用表面３２４を含むことがある。ヨークセクション３３０はヨークまたはビーム通路３４９を含む。破線で示したように、ビーム通路３４９はリング部分３２１を通って延びると共に、引き剥がされた粒子からなる粒子ビームが加速チェンバーから出るための経路を提供する。
【００３４】
幾つかの実施形態では、ポール３５０のポールトップ３５４は、山３３１〜３３４と谷３３６〜３３９を含むことがある。この山３３１〜３３４と谷３３６〜３３９は、荷電粒子が受ける磁場を変動させることによって荷電粒子の誘導を容易にすることがある。ヨークセクション３３０はさらに、互いの方向に及びポール３５０（または加速チェンバー）の中心３４４方向に向かって半径方向内方に延びる無線周波数（ＲＦ）電極３４０及び３４２を含むことがある。ＲＦ電極３４０と３４２は、ステム３４５と３４７のそれぞれから延び出た中空のＤ電極すなわち「ディー」３４１と３４３のそれぞれを含むことがある。ディー３４１と３４３は、谷３３６と３３８のそれぞれの内部に配置されている。ステム３４５及び３４７はリング部分３２１の内壁表面３２２に結合させることがある。
【００３５】
さらに図示したようにヨークセクション３３０は、ポール３５０の周りに配列させたインターセプションパネル３７１及び３７２を含むことがある。インターセプションパネル３７１及び３７２は、加速チェンバー内部の喪失粒子を捕えるように位置決めされている。インターセプションパネル３７１及び３７２はアルミニウムを含むことがある。図３に示したインターセプションパネル３７１及び３７２は２つだけであるが、本明細書に記載した実施形態は、追加のインターセプションパネルを含むことがある。さらに本明細書に記載した実施形態は、内側空間領域内部でポールトップ３５４の近傍に配置させたビームスクレイパー（図示せず）を含むことがある。
【００３６】
ＲＦ電極３４０及び３４２は、ＲＦ電極３４０及び３４２が加速チェンバー内部で荷電粒子を加速している図１を参照しながら説明した電場システム１０６などのＲＦ電極システム３７０を形成することがある。ＲＦ電極３４０及び３４２は互いに協働すると共に、所定の周波数（例えば、１００ＭＨｚ）にチューニングした誘導性素子と容量性素子を含んだ共振システムを形成する。ＲＦ電極システム３７０は、１つまたは複数の増幅器と連絡した周波数発振器を含み得るような高周波電力発生器（図示せず）を有することがある。ＲＦ電極システム３７０は、ＲＦ電極３４０と３４２の間に交流電圧を生成し、これにより荷電粒子を加速する。
【００３７】
さらに図３に示したように、加速チェンバー内部には移動可能な複数の機械的デバイスを配置させることがある。例えば、ポール３５０に対して引き剥がし用アセンブリ４０２を装着させることがあり、また同じくポール３５０に対して診断用探触子アセンブリ４４０を装着させることがある。引き剥がし用アセンブリ４０２及び探触子アセンブリ４４０に加えて、記載した実施形態は加速チェンバー内部に移動可能な別の機械的デバイスを含むことがある。これら移動可能な機械的デバイスは、サイクロトロンの動作時及び／またはマグネットヨークが封止されたときに移動されるように構成されることがある。より具体的にはこれらの機械的デバイスは、真空状態の域内にある間及び大きな磁気フラックスを受けている間に反復して動作する（例えば、異なる位置間を往復移動する）ように構成されることがある。
【００３８】
図４は、ヨークセクション３３０の一部分の拡大図であり、引き剥がし用アセンブリ４０２をより詳細に表している。図示したように引き剥がし用アセンブリ４０２は、回転可能アーム４０６と、該回転可能アーム４０６に装着されたフォイル保持体４０４と、を含む。回転可能アーム４０６はポールトップ３５４（図３）の外側周縁４１１の近くに位置決めされた近位端４０８から中心３４４（図３）の方向に延びている。回転可能アーム４０６は遠位端４１０（図３参照）まで延びることがある。幾つかの実施形態ではその回転可能アーム４０６は、遠位端４１０の周りでピボット動作するように構成されている。
【００３９】
フォイル保持体４０４は、外側周縁４１１の近くに位置決めされるように構成されている。この例示的実施形態ではフォイル保持体４０４は、回転可能アーム４０６の近位端４０８の近くに確保されている。フォイル保持体４０４は、引き剥がし用フォイル４１２が所望の粒子ビーム経路の内部に配置されるように引き剥がし用フォイル４１２を保持するように構成されている。図示したようにフォイル保持体４０４は、回転可能アーム４０６に対して例えば締結用デバイス４１４を用いて着脱可能に結合させることがある。締結用デバイス４１４は、所望により回転可能アーム４０６に対してフォイル保持体４０４を再位置決めするために緩められることがある。さらにフォイル保持体４０４は、例えば締結用デバイス４１８を用いて一体に確保された対向するフィンガーを有するクランプ機構４１６を含むことがある。引き剥がし用フォイル４１２の取り外しまたは再配置のために、フィンガーを離すように締結用デバイス４１８が緩められることがある。
【００４０】
さらに図４に示したように、引き剥がし用アセンブリ４０２を電気機械的（ＥＭ）モータ４２０と動作可能に結合させることが可能である。ＥＭモータ４２０は、ケーブルまたはワイヤ４２２を通じて制御システム（図示せず）と通信可能に結合させることがある。ＥＭモータ４２０は、アクチュエータアセンブリ４２４と、該アクチュエータアセンブリ４２４と移動可能に結合させたコネクタ構成要素４５６と、を含むことがある。このコネクタ構成要素は、引き剥がし用アセンブリ４０２（または、フォイル保持体４０４）に動作可能に取り付けられている。例えばコネクタ構成要素４５６を回転可能アーム４０６の近位端４０８に取り付けることがある。アクチュエータアセンブリ４２４は、コネクタ構成要素４５６と動作可能に結合させた複数の圧電素子を含むことがある。ＥＭモータ４２０は圧電素子に電場を加えたときにコネクタ構成要素４５６を駆動させ、これにより回転可能アーム４０６を、また結果的にフォイル保持体４０４及び引き剥がし用フォイル４１２を移動させるように構成されている。コネクタ構成要素４５６はＥＭモータ４２０によって異なる位置まで選択的に移動させることがある。
【００４１】
図示した実施形態ではＥＭモータ４２０はリニア圧電モータである。ＥＭモータ４２０は、非磁性材料を含むこと、あるいはより具体的には本質的に非磁性材料からなることがある。ＥＭモータが本質的に非磁性材料からなる場合、ＥＭモータが有する加速チェンバーの動作用磁場に対する影響は最大でも無視し得る大きさである。例えば本質的に非磁性材料からなるＥＭモータは、ＥＭモータに対応した磁場システムの再構成をすることなく既存の粒子加速器内に据え付け可能である。コネクタ構成要素４５６は、アクチュエータアセンブリ４２４によって両方向矢印で示したような直線方向で往復移動させるロッドまたはレールを含む。コネクタ構成要素４５６を第１の方向に移動させると、回転可能アーム４０６は遠位端４１０の周りに時計回りに回転することがある。コネクタ構成要素４５６を反対の第２の方向に移動させると、回転可能アーム４０６は遠位端４１０の周りに反時計回りに回転することがある。したがってＥＭモータ４２０と引き剥がし用アセンブリ４０２は、引き剥がし用フォイル４１２が所望の粒子ビーム経路内に位置決めされるように互いに相互作用し合うことがある。粒子ビームからなる荷電粒子が引き剥がし用フォイル４１２上に入射すると、荷電粒子から電子が除去される（または、引き剥がされる）ことがある。引き剥がしを受けた粒子は次いで、ビーム通路３４９（図３）を通った所望の経路に従うことがある。
【００４２】
代替的な実施形態ではその引き剥がし用アセンブリ４０２は、引き剥がし用フォイル４１２を配置するように互いに相互作用し合う別の部品または構成要素を含むことがある。例えば代替的な一実施形態ではその引き剥がし用アセンブリ４０２は、遠位端４１０の周りにピボット動作しないことがあり、これに代えて締結用デバイス４１４を通って延びる軸の周りに回転するように構成させることがある。したがって引き剥がし用フォイルを選択的に移動させるために、相互接続させた多種多様な機械的構成要素及び部品が使用されることがある。例えば引き剥がし用アセンブリ４０２及び／またはＥＭモータ４２０は、引き剥がし用フォイル４１２を選択的に移動するように構成させ得る連結器、歯車、ベルト、カム機構、スロット、ランプ（ｒａｍｐ）及び継手を含むことがある。同様にフォイル４０４を移動させるために代替的なＥＭモータが用いられることがある。例えばリニアＥＭモータによって引き剥がし用フォイルを直接保持し、また引き剥がし用フォイル４１２が例えば中心３４４に向かうまたこれから離れるように移動させるようにリニアＥＭモータを構成させることがある。別の実施形態では直線移動を提供するのではなく、軸の周りに回転するようにそのＥＭモータを構成させることがある。引き剥がし用アセンブリ４０２もまた非磁性材料を含むことや、本質的に非磁性材料からなることがある。
【００４３】
図５は、探触子アセンブリ４４０をより詳細に表したヨークセクション３３０の一部分の拡大図である。図示した実施形態では探触子アセンブリ４４０は、ポールトップ３５４に装着されると共に、谷３３７の内部に配置されている。探触子アセンブリ４４０は、外側周縁４１１の近傍に確保された基礎支持体４４２と、基礎支持体４４２と回転可能に結合させたシャフト部材４４４と、を含む。シャフト部材４４４は、ポール３５０の中心３４４に向けて半径方向内方に延びている。探触子アセンブリ４４０はさらに、シャフト部材４４４の遠位端に取り付けられたビーム検出器４４６を含む。図示した実施形態ではビーム検出器４４６はタブまたはフラグ４４７を備える。任意選択では探触子アセンブリ４４０は、シャフト部材４４４の遠位端に回転可能に結合させた遠位支持体４４８を含むことがある。
【００４４】
さらに図５に示したように探触子アセンブリ４４０は、ＥＭモータ４５０と動作可能に結合させることが可能である。ＥＭモータ４５０及びビーム検出器４４６は、ケーブルまたはワイヤ４５２を通じて制御システム（図示せず）と通信可能に結合させることがある。ＥＭモータ４５０は、アクチュエータアセンブリ４５４と、該アクチュエータアセンブリ４５４に結合されたコネクタ構成要素４５６と、を含むことがある。コネクタ構成要素４５６は、探触子アセンブリ４４０に動作可能に取り付けられている。例えばコネクタ構成要素４５６は、シャフト部材４４４の近位端４５８に取り付けられることがある。ＥＭモータ４２０と同様にアクチュエータアセンブリ４５４は、コネクタ構成要素４５６と動作可能に結合された複数の圧電素子を含むことがある。ＥＭモータ４５０は、圧電素子に電場が加えられたときにコネクタ構成要素４５６を駆動させ、これによりシャフト部材４４４が（また結果的にビーム検出器４４６が）移動するように構成されている。コネクタ構成要素４５６は、ＥＭモータ４５０によって異なる位置まで選択的に移動させ、これによりシャフト部材４４４を選択的に移動させることがある。
【００４５】
図示した実施形態では、ＥＭモータ４５０はロータリー式圧電モータである。代替的な実施形態ではそのＥＭモータ４５０を、タブ４４７を適正な方式で移動するように動作可能に結合させたリニアモータとすることがある。代替的な実施形態ではそのＥＭモータ４５０は超音波モータを含むことがある。幾つかの実施形態ではＥＭモータ４５０は、非磁性材料を含むこと、あるいはより具体的には本質的に非磁性材料からなることがある。図示したようにコネクタ構成要素４５６は、アクチュエータアセンブリ４５４によって両方向矢印で示したように回転方向で往復移動させるロッドまたはシャフトを備える。コネクタ構成要素４５６を第１の方向に移動させると、シャフト部材４４４はビーム検出器４４６を所望の経路内に移動させることがある。コネクタ構成要素４５６を反対の第２の方向に移動させると、シャフト部材４４４はビーム検出器４４６を所望の経路から出るように移動させることがある。したがってＥＭモータ４５０と探触子アセンブリ４４０は、荷電粒子がその上に入射する所望の経路内部にビーム検出器４４６を位置決めするように互いに相互作用し合うことがある。
【００４６】
探触子アセンブリ４４０は、所望の経路に沿った異なる点で粒子ビームの質または条件を試験するために用いられることがある。所望の経路のある点で取得した計測値を、所望の経路に沿った別の点で得た計測値と比較することがある。例えば、ビーム検出器４４６により得た計測値を、粒子ビームの損失量の判定のために用いることがある。
【００４７】
図６は、中空のディー（またはＲＦ共振器）３４３とＥＭモータ４６２に動作可能に結合させたＲＦデバイス４６０との斜視図である。図示した実施形態ではＲＦデバイス４６０は、ＥＭモータ４６２に装着されると共に、中空のディー３４３の外側周縁の近傍に配置されている。ＲＦデバイス４６０は、キャパシタプレート４６４と、ＥＭモータ４６２と動作可能に結合させた基礎延長部４６６と、を含む。キャパシタプレート４６４は、中空のディー３４３と実質的に対面すると共に、これから離間距離ＳＤだけ離間させている。ＥＭモータ４６２は、軸４７０の周りにＲＦデバイス４６０を回転させるように構成されたロータリー式モータである。ＲＦデバイス４６０を軸４７０の周りに回転させると、離間距離ＳＤを変化させるようにキャパシタプレート４６４が中空のディー３４３の方向及びこれから離れる方向に動かされる。したがってＥＭモータ４６２は、中空のディー３４３の方向及びこれから離れる方向にキャパシタプレート４６４を選択的に動かし、これにより離間距離ＳＤを変化させるように構成させることがある。離間距離ＳＤを変化させることによって、粒子ビーム内の荷電粒子に影響を及ぼすようにサイクロトロンの共振周波数をチューニングすることが可能である。
【００４８】
図７〜１０は、本明細書に記載した実施形態に使用し得るＥＭモータをより詳細に表している。しかし本明細書に記載したＥＭモータは単に例示であり、別のＥＭモータを使用することもできる。図７〜９は、図４に示したＥＭモータ４２０と同様とし得るリニアタイプのＥＭモータ５０２をより詳細に表している。一例ではＥＭモータ４２０及び５０２をＰｉｅｚｏＭｏｔｏｒ（Ｒ）により製造されるＰｉｅｚｏ ＬＥＧＳ（ＴＭ）モータとすることがある。図７はＥＭモータ５０２の分解図であり、また図８は組み上げたＥＭモータ５０２を表している。図示したようにＥＭモータ５０２は、引張りばね５０４、ローラー５０６、保持体５０７、ドライブロッド（または、コネクタ構成要素）５０８及びアクチュエータアセンブリ５１０を含む。このアクチュエータアセンブリ５１０は、その内部に複数の圧電素子５１２（図７）を有するハウジング５１１を含む。ドライブロッド５０８は、アクチュエータアセンブリ５１０に対して、またより具体的には圧電素子５１２に対して動作可能に結合させるように構成されている。図示した実施形態ではドライブロッド５０８は、ローラー５０６及び引張りばね５０４によって圧電素子５１２に押し当てられている。
【００４９】
図９は、印加電圧により作動させたときのある圧電素子５１２に関する様々な段階Ａ〜Ｄにわたる例示的な動きを表している。複数の圧電素子５１２をＥＭモータ５０２内などで直列に配列させると、これらの圧電素子５１２はドライブロッド５０８を直線的方向に動かすように協働することがある。図示したように圧電素子５１２は、１つの中間電極と互いに離間させた２つの外部電極（図示せず）とを備えた２つの圧電層５１６及び５１８を有する圧電セラミックのバイモルフ５１４を備える。圧電素子５１２の遠位端５２０はドライブロッド５０８を動作可能に係合するように構成されている。したがって、各層５１６または５１８は印加電圧によって独立に作動させることができる。例えば段階Ａでは、層５１６と５１８をいずれも作動させておらず、また圧電素子５１２は縮んだ状態にある。段階Ｂでは、層５１８を作動させ、これにより層５１８を延長させている。層５１６が作動していないため、圧電素子５１２は一方向に曲がるまたは傾く。段階Ｃでは、圧電素子５１２が延びた状態になるように層５１６と５１８の両方を作動させている。段階Ｄでは層５１６を延ばすように層５１６を作動させている。層５１８が作動していないため、圧電素子５１２は段階Ｂの方向と反対方向に曲がる。したがって、アクチュエータアセンブリ５１０内の圧電素子５１２のそれぞれに対する電圧の印加によって、圧電素子５１２は摩擦力を用いてドライブロッド５０８を動かすフィンガーまたはレグとして動作することがある。
【００５０】
図１０は、回転子５３２及び固定子５３４を備えたアクチュエータアセンブリ５３０を表している。アクチュエータアセンブリ５３０は、ＥＭモータ４５０及び４６２などのロータリー式ＥＭモータ内に組み込まれることがある。具体的な実施形態ではアクチュエータアセンブリ５３０を超音波モータ内に組み込むことがある。回転子５３２は駆動シャフト（図示せず）と動作可能に結合させることがあり、一方この駆動シャフトは機械的デバイスと動作可能に結合させることがある。図示したように固定子５３４は、直列に配列されると共に回転子５３２とインタフェースする複数の圧電素子５３６を含むことがある。楕円運動を生成するために印加電圧によって圧電素子５３６のリングに沿って進行波ＴＷを確立させることがある。作動させた圧電素子５３６は、様々な接触点で回転子と係合し、これにより回転子５３２を軸５４０の周りに回転させることがある。
【００５１】
一実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を操作する方法を提供する。本方法はさらに、システム１００などの同位体産生システムやサイクロトロン２００などのサイクロトロンを動作させる際に用いることができる。本方法は、加速チェンバー内に荷電粒子からなる粒子ビームを提供するステップを含む。この粒子ビームは、例えば電場及び磁場を用いて荷電粒子を所望の経路に沿って導くために上で検討したようにして生成させることがある。
【００５２】
本方法はさらに、粒子ビームに影響を与えるように加速チェンバー内部の機械的デバイスを選択的に移動させるステップを含むことがある。この機械的デバイスは、機械的デバイス２８０〜２８２、引き剥がし用アセンブリ４０２、診断用探触子アセンブリ４４０またはＲＦデバイス４６０と同様とすることがある。機械的デバイスは、例えば荷電粒子をその上に入射させるあるいは電場または磁場に影響を及ぼして所望の経路を制御することによって粒子ビームに影響を与えることがある。具体的な一例では、共振周波数に影響を与えるようにＲＦデバイスを中空のディーに対して移動させることがある。上で説明したように機械的デバイスは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを含む電気機械的（ＥＭ）モータによって移動させることがある。コネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられており、また機械的デバイスの動きを制御するように移動させるまたは操縦することが可能な任意の物理的構造とすることがある。圧電素子を（例えば、電圧の印加によって）作動させたときに、ＥＭモータはコネクタ構成要素を駆動させ、これにより機械的デバイスを移動させる。
具体的な実施形態ではその機械的デバイスは、内側空間領域を画定するかあるいはポールに隣接して配置させたマグネットヨークのポールトップの間に配置させている。例えば、回転可能アームまたはシャフト部材の少なくとも一部分がポールトップの間を延びることがある。さらに具体的な実施形態ではそのＥＭモータは、ポールトップの間あるいはポールに隣接して配置させることがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイスは、マグネットヨークを基準として、また具体的な実施形態ではポールトップを基準として動かされる。機械的デバイスはさらに、ポールトップのうちの１つの山または谷に配置させることがある。例えば引き剥がし用アセンブリ４０２を山３３３に沿って配置させ、また探触子アセンブリ４４０を谷３３７内に配置させている。さらにＥＭモータ及び機械的デバイスは、壁表面３２２などのマグネットヨークの内壁表面から離して配置させるまたは離間させることがある。
【００５３】
具体的な実施形態ではその粒子加速器やサイクロトロンは、医学的撮像向けの放射性同位体を産生するために病院内や別の同様の設定で用いるようにサイズ設定、形状設定及び構成されている。しかし本明細書に記載した実施形態は、医学用途の放射性同位体の生成に限定するように意図したものではない。さらに図示した実施形態では、粒子加速器は垂直向きのイソクロナス・サイクロトロンである。しかし代替的な実施形態は、別の種類のサイクロトロンや粒子加速器を含むこと、また別の向き（例えば、水平方向）を含むことがあり得る。
【００５４】
上の記述は例示であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させるように本趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが本発明のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく実施形態の例示にすぎない。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。本発明の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
【００５５】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 同位体産生システム
１０２ 粒子加速器
１０３ 加速チェンバー
１０４ イオン源システム
１０６ 電場システム
１０８ 磁場システム
１１０ 真空システム
１１２ 粒子ビーム
１１４ 標的システム
１１５ 抽出システム
１１６ 標的材料
１１７ ビーム通路
１１８ 制御システム
１２０ 標的箇所
１２２ 冷却システム
２００ サイクロトロン
２０２ マグネットヨーク
２０４ ヨーク体部
２０６ 加速チェンバー
２０８ 側面
２１０ 側面
２１２ 上側端部
２１４ 底側端部
２２０ 水平のプラットフォーム
２２８ ヨークセクション
２３０ ヨークセクション
２３１ 上側部分
２３２ 中間面
２３６ 中心軸
２３８ 中心領域
２４１ 空間領域
２４３ 空間領域
２４８ ポール
２５０ ポール
２５２ ポールトップ
２５４ ポールトップ
２５５ 壁表面
２６０ マグネットアセンブリ
２６４ マグネットコイル
２６６ マグネットコイル
２６８ マグネットコイルキャビティ
２７０ マグネットコイルキャビティ
２７２ チェンバー壁
２７４ チェンバー壁
２７６ 真空ポンプ
２８０ 機械的デバイス
２８２ 機械的デバイス
２９０ ＥＭモータ
２９１ ＥＭモータ
２９２ ＥＭモータ
２９３ コネクタ構成要素
２９４ コネクタ構成要素
２９５ コネクタ構成要素
３２０ 片側開きのキャビティ
３２１ リング部分
３２２ 内壁表面
３２４ 係合用表面
３３０ ヨークセクション
３３１ 山
３３２ 山
３３３ 山
３３４ 山
３３６ 谷
３３７ 谷
３３８ 谷
３３９ 谷
３４０ ＲＦ電極
３４１ 中空のディー
３４２ ＲＦ電極
３４３ 中空のディー
３４４ 中心
３４５ ステム
３４７ ステム
３４９ ビーム通路
３５０ ポール
３５４ ポールトップ
３７０ ＲＦ電極システム
３７１ インターセプションパネル
３７２ インターセプションパネル
４０２ 引き剥がし用アセンブリ
４０４ フォイル保持体
４０６ 回転可能アーム
４０８ 近位端
４１０ 遠位端
４１１ 外側周縁
４１２ 引き剥がし用フォイル
４１４ 締結用デバイス
４１４ 締結用デバイス
４１６ クランプ機構
４１８ 締結用デバイス
４２０ ＥＭモータ
４２２ ケーブルまたはワイヤ
４２４ アクチュエータアセンブリ
４４０ 診断用探触子アセンブリ
４４２ 基礎支持体
４４４ シャフト部材
４４６ ビーム検出器
４４７ タブまたはフラグ
４４８ 遠位支持体
４５０ ＥＭモータ
４５２ ケーブルまたはワイヤ
４５４ アクチュエータアセンブリ
４５６ コネクタ構成要素
４５８ 近位端
４６０ ＲＦデバイス
４６２ ＥＭモータ
４６４ キャパシタプレート
４６６ 基礎延長部
４７０ 軸
５０２ ＥＭモータ
５０４ 引張りばね
５０６ ローラー
５０７ 保持体
５０８ ドライブロッド
５１０ アクチュエータアセンブリ
５１１ ハウジング
５１２ 圧電素子
５１４ 圧電セラミックのバイモルフ
５１６ 層
５１８ 層
５２０ 遠位端
５３０ アクチュエータアセンブリ
５３２ 回転子
５３４ 固定子
５３６ 圧電素子
５４０ 軸
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載した本発明の実施形態は全般的には粒子加速器に関し、またより詳細には移動可能な機械的デバイスを加速チェンバー内部に配置して有する粒子加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンなどの粒子加速器は、様々な工業用途、医療用途及び研究用途を有することがある。例えば粒子加速器は、医学的治療、撮像及び研究での用途並びに医学関連でない別の用途を有する放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）を産生するために用いられることがある。放射性同位体を産生するシステムは、加速チェンバーを囲繞するマグネットヨークを有するサイクロトロンを含むのが典型的である。サイクロトロンは、互いから離間させた対向するポールトップを含むことがある。ポール間のらせん様の軌道に沿って荷電粒子を加速しかつガイドするために加速チェンバーの内部に電場及び磁場を生成することがある。放射性同位体の産生のためにサイクロトロンは、荷電粒子の粒子ビームを形成すると共に、加速チェンバーから出て標的材料を有する標的システムの方向にこの粒子ビームを導く。幾つかのケースでは標的システムを加速チェンバーの内部に設置されることがある。粒子ビームは標的材料上に入射し、これにより放射性同位体が生成される。
【０００３】
粒子加速器の動作時に加速チェンバーの内部で様々な機械的デバイスを用いることが望ましい。例えば、荷電粒子から電子を引き剥がすフォイルを保持するフォイル保持体を移動させることが望ましい。さらに、所望の経路の様々な部分に沿った粒子ビームの試験のために診断用探触子を移動させることが望ましい。しかし、これらの機械的デバイスやその他の機械的デバイスは加速チェンバーの環境内で動作可能でなければならない。粒子加速器の動作時において、加速チェンバーを排気させることがあり、またその内部に大きな磁場を存在させることがある。幾つかのケースでは、機械的デバイスの磁場成分によって荷電粒子を導く役割をする磁場が乱されることがある。さらに、加速チェンバーを画定する内部表面に沿って大量の放射線が存在することがある。環境に関する上記の懸念に加えて、加速チェンバー内部の機械的デバイスは、大きな空間を要求しかつ動作が困難であることや、高い精度レベルを欠くことがある。さらに加速チェンバー内部の機械的デバイスは、真空チェンバーの外部にある電磁式アクチュエータ／モータと機械的にリンクさせることが可能である。これらのモータは、加速チェンバーの高い磁場内では有効に動作させることが不可能であり、またさらにその内部の確定（ｗｅｌｌ−ｄｅｆｉｎｅｄ）磁場と干渉する可能性もある。このため電磁式モータは、真空フィードと通って延びる機械的構成要素によって加速チェンバー内部にある機械的デバイスと相互接続させることがある。しかしこうした機械的構成要素や真空フィードは粒子加速器の複雑性を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２０１００１４８６２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、加速チェンバー内に有する機械的デバイスが周知の機械的デバイスと比べてより小型で、費用がより少なくかつ／または操作がより容易である粒子加速器が必要とされている。さらに、粒子加速器の操作や維持を行う要員に対する放射線被ばくを低減させた粒子加速器及び方法が必要とされている。さらに、粒子加速器の操作及び／または維持を容易にさせかつ／または放射線照射に影響されない代替的なデバイスが一般に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、加速チェンバー内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム及び磁場システムを含んだ粒子加速器を提供する。本粒子加速器はさらに、加速チェンバーの内部に配置された機械的デバイスを含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動させるように構成されている。本粒子加速器はさらに、コネクタ構成要素及び該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子を有する電気機械的（ＥＭ）モータを含む。このコネクタ構成要素は、機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。このＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させる。
【０００７】
別の実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を操作する方法を提供する。本方法は、加速チェンバー内に荷電粒子の粒子ビームを提供するステップを含む。この粒子ビームは粒子加速器によって所望の経路に沿って導かれる。本方法はさらに、加速チェンバー内部で機械的デバイスを選択的に移動させるステップを含む。この機械的デバイスは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを含んだ電気機械的（ＥＭ）モータによって移動させている。このコネクタ構成要素は、機械的デバイスに動作可能に取り付けられている。このＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させる。
【０００８】
さらに別の実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を製造する方法を提供する。この粒子加速器は、加速チェンバー内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム及び磁場システムを含む。本方法は、加速チェンバー内部に機械的デバイスを位置決めするステップを含む。この機械的デバイスは、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動されるように構成されている。本方法はさらに、機械的デバイスに電気機械的（ＥＭ）モータを動作可能に結合させるステップを含む。このＥＭモータは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを有する。このコネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられており、この際にＥＭモータは、圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動し、これにより機械的デバイスを移動させるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による粒子加速器のブロック図である。
【図２】一実施形態による粒子加速器の側面概要図である。
【図３】一実施形態による粒子加速器で使用し得るヨーク及びポールセクションの一部分の斜視図である。
【図４】図３のヨーク及びポールセクションのうちの引き剥がし用アセンブリをより詳細に表した拡大図である。
【図５】図３のヨーク及びポールセクションのうちの診断用探触子アセンブリをより詳細に表した拡大図である。
【図６】ヨーク及びポールセクションのうちの一実施形態によるＲＦチューニングアセンブリを表した拡大図である。
【図７】様々な実施形態で使用し得る電気機械的（ＥＭ）モータの分解図である。
【図８】図７のＥＭモータの斜視図である。
【図９】圧電素子の動きを表した図である。
【図１０】様々な実施形態で使用し得るアクチュエータアセンブリを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しない追加的なこうした構成要素も含むことがある。
【００１１】
図１は、一実施形態に従って形成した同位体産生システム１００のブロック図である。システム１００は、イオン源システム１０４、電場システム１０６、磁場システム１０８及び真空システム１１０を含む幾つかのサブシステムを有する粒子加速器１０２を含む。粒子加速器１０２は例えば、サイクロトロンとすること、またより具体的にはイソクロナス・サイクロトロンとすることがある。粒子加速器１０２は、加速チェンバー１０３を含むことがある。加速チェンバー１０３は粒子加速器のハウジングやその他の部分によって画定されることがあり、また排気済みの状態または条件を有する。図１に示した粒子加速器は、サブシステム１０４、１０６、１０８及び１１０のうちの少なくとも一部を加速チェンバー１０３内に配置させて有する。粒子加速器１０２の使用時において荷電粒子は、粒子加速器１０２の加速チェンバー１０３の内部に配置されるか、イオン源システム１０４を通して粒子加速器１０２の加速チェンバー１０３内に注入される。磁場システム１０８及び電場システム１０６は、荷電粒子の粒子ビーム１１２の生成の際に協働するそれぞれの場を発生させている。これらの荷電粒子は加速チェンバー１０３内部で加速され、所定のまたは希望する経路に沿ってガイドされる。粒子加速器１０２の動作時において、加速チェンバー１０３は真空（または、排気された）状態にあると共に大きな磁気フラックスを受けることがある。例えば加速チェンバー１０３内のポールトップ間の平均磁場強度は少なくとも１テスラとすることがある。さらに、粒子ビーム１１２の生成前における加速チェンバー１０３の圧力を概ね１×１０-7ミリバールとすることがある。粒子ビーム１１２の生成後における加速チェンバー１０３の圧力を概ね２×１０-5ミリバールとすることがある。
【００１２】
さらに図１に示したようにシステム１００は、抽出システム１１５と、標的材料１１６を含んだ標的システム１１４と、を有する。図示した実施形態では標的システム１１４は粒子加速器１０２に隣接して位置決めされている。同位体を生成するために粒子ビーム１１２は、粒子加速器１０２によって抽出システム１１５を通してビーム搬送経路またはビーム通路１１７に沿って標的システム１１４内に導かれ、対応する標的箇所１２０に配置された標的材料１１６上に粒子ビーム１１２が入射する。標的材料１１６に粒子ビーム１１２が照射されると、中性子やガンマ線からの放射が生成されることがある。代替的な実施形態ではシステム１００は、加速器チェンバー１０３の内部に配置されるか加速器チェンバー１０３に直接取り付けられた標的システムを有することがある。
【００１３】
システム１００は、別々の標的材料１１６Ａ〜Ｃを配置させた複数の標的箇所１２０Ａ〜Ｃを有することがある。粒子ビーム１１２を異なる標的材料１１６上に入射させるように粒子ビーム１１２を基準として標的箇所１２０Ａ〜Ｃをシフトさせるためにシフト用デバイスまたはシステム（図示せず）が用いられることがある。シフトの過程でも同様に真空を維持させることがある。別法として粒子加速器１０２及び抽出システム１１５は粒子ビーム１１２を１つの経路だけに沿って導くのでないことがあり、異なる各標的箇所１２０Ａ〜Ｃごとに一意の経路に沿って粒子ビーム１１２を導くことがある。さらにビーム通路１１７は、粒子加速器１０２から標的箇所１２０まで実質的に直線的とすることがあり、あるいはビーム通路１１７がこれに沿った１つまたは複数の点で湾曲するまたは曲げられることがある。例えば、粒子ビーム１１２を別の経路に沿って導き直すようにビーム通路１１７に沿って位置決めしたマグネットを構成させることがある。
【００１４】
システム１００は、医学的な撮像、研究及び治療に関するのみならず、科学的な研究や解析など医学関連でない別の用途でも使用し得るような放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）を産生するように構成されている。核医学（ＮＭ）撮像や陽電子放出断層（ＰＥＴ）撮像などの医学的目的に使用する場合、その放射性同位体をトレーサーと呼ぶことがある。一例としてシステム１００は、液体の形態をした18Ｆ−同位体、ＣＯ2の形の11Ｃ同位体、並びにＮＨ3の形の13Ｎ同位体を作るための陽子を生成することがある。これらの同位体を作るために用いられる標的材料１１６は、濃縮18Ｏ水、天然の14Ｎ2ガス、16Ｏ水とすることがある。システム１００はさらに、15Ｏガス（酸素、二酸化炭素及び一酸化炭素）や15Ｏラベルの水を産生するために陽子や重陽子を生成することもある。
【００１５】
具体的な実施形態では、システム１００は1Ｈ-テクノロジーを用いると共に、その荷電粒子をビーム電流が概ね１０〜３０μＡで低エネルギー（例えば、約９．６ＭｅＶ）に至らせている。こうした実施形態では負の水素イオンが加速されると共に、粒子加速器１０２を通して抽出システム１１５内までガイドされる。この負の水素イオンは次いで、抽出システム１１５の引き剥がし用フォイル（図１では図示せず）に当たり、これにより電子対が除去されて粒子を正のイオン1Ｈ+にすることがある。しかし本明細書に記載した実施形態は、別のタイプの粒子加速器やサイクロトロンにも適用可能である。例えば代替的な実施形態では、その荷電粒子を1Ｈ+、2Ｈ+及び3Ｈｅ+などの正のイオンとすることがある。こうした代替的な実施形態では抽出システム１１５は、標的材料１１６の方向に粒子ビームをガイドする電場を生成する静電偏向器を含むことがある。さらに、別の実施形態ではそのビーム電流を例えば概ね２００μＡまでとすることがある。このビーム電流はさらに２０００μＡ以上までとすることも可能である。
【００１６】
システム１００は、それぞれの構成要素が発生する熱を吸収するために冷却用流体または作用流体を別のシステムの様々な構成要素まで搬送する冷却システム１２２を含むことがある。システム１００はさらに、技師が様々なシステム及び構成要素の動作を制御するために使用し得る制御システム１１８を含むことがある。制御システム１１８は、粒子加速器１０２及び標的システム１１４の近傍またはこれらから遠隔に配置させた１つまたは複数のユーザインタフェースを含むことがある。図１には図示していないがシステム１００はさらに、粒子加速器１０２及び標的システム１１４向けの１つまたは複数の放射線及び／または磁気遮蔽を含むことがある。
【００１７】
システム１００はさらに、荷電粒子を所定のエネルギーレベルまで加速するように構成されることがある。例えば本明細書に記載した幾つかの実施形態は、荷電粒子を概ね１８ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。別の実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね１６．５ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。具体的な実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね９．６ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。さらに具体的な実施形態ではそのシステム１００は、荷電粒子を概ね７．８ＭｅＶ以下のエネルギーまで加速する。しかし本明細書に記載した実施形態はまた、１８ＭｅＶを超えるエネルギーを有することもある。例えば実施形態によっては、１００ＭｅＶを超える、５００ＭｅＶ以上のエネルギーを有することがある。
【００１８】
より詳細には以下で検討することにするが、システム１００は粒子加速器１０２の内部で動作するように構成された様々な機械的デバイスを含むことがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイスは、粒子ビーム１１２を生成しているときなどに加速チェンバー１０３内部で有効に動作することがある。このためにその機械的デバイスは、真空にある環境内で有効に動作するように構成されることがあり、大きな磁気フラックス場、高周波数及び高電圧場を受けており、かつ／または不用な放射線を大量に有している。別の実施形態では、本明細書に記載した機械的デバイスは標的システム１１４内で動作するように構成させることがある。
【００１９】
図２は、一実施形態に従って形成したサイクロトロン２００の側面図である。以下ではサイクロトロン２００に関連して説明しているが、実施形態によっては別の粒子加速器及びこれに関する方法を含み得ることを理解されたい。図２に示したようにサイクロトロン２００は、加速チェンバー２０６を囲繞するヨーク体部２０４を有するマグネットヨーク２０２を含む。代替的な実施形態ではその加速チェンバーは、ハウジングや遮蔽などマグネットヨーク以外の構成要素によって囲繞されるあるいは画定されることがある。ヨーク体部２０４は、その間の厚さがＴ1に及ぶ相対する側面２０８及び２１０を有すると共に、さらにその間の長さがＬに及ぶような上側及び底側端部２１２及び２１４を有する。この例示的実施形態では、ヨーク体部２０４は実質的に円形の断面を有しており、またこのために、長さＬがヨーク体部２０４の直径を示すことがある。ヨーク体部２０４は、鉄から製造されると共に、サイクロトロン２００の動作時に所望の磁場を発生させるようなサイズ及び形状とさせることがある。
【００２０】
ヨーク体部２０４は、その間に加速チェンバー２０６が画定される対向するヨークセクション２２８及び２３０を有することがある。ヨークセクション２２８及び２３０は、マグネットヨーク２０２の中間面２３２に沿って互いに隣接して位置決めされるように構成されている。図示したようにサイクロトロン２００は（重力を基準とした）垂直方向に向けられ、これにより中間面２３２がサイクロトロン２００の重量を支持する水平のプラットフォーム２２０と直角に延びるようにすることがある。サイクロトロン２００は、ヨークセクション２２８及び２３０（及び、対応する側面２１０及び２０８のそれぞれ）の間でこれを通って水平に延びる中心軸２３６を有する。中心軸２３６は、ヨーク体部２０４の中心を通って中間面２３２と直角に延びることがある。加速チェンバー２０６は、中間面２３２と中心軸２３６の交点に配置された中心領域２３８を有する。幾つかの実施形態ではその中心領域２３８は加速チェンバー２０６の幾何学的中心の位置にある。
【００２１】
ヨークセクション２２８と２３０は、加速チェンバー２０６内部の中間面２３２を横切って互いに対向するポール２４８と２５０のそれぞれを含む。ポール２４８及び２５０はポールギャップＧによって互いから離間されることがある。ポール２４８はポールトップ２５２を含んでおり、またポール２５０はポールトップ２５２と対向したポールトップ２５４を含む。ポール２４８及び２５０とその間のポールギャップＧとは、サイクロトロン２００の動作時に所望の磁場が生成されるようなサイズ及び形状としている。例えば幾つかの実施形態ではそのポールギャップＧを３ｃｍとすることがある。
【００２２】
サイクロトロン２００はさらに、加速チェンバー２０６の内部あるいはその近傍に配置させたマグネットアセンブリ２６０を含む。マグネットアセンブリ２６０は、所望のビーム経路に沿って荷電粒子を導くためのポール２４８及び２５０による磁場の生成を容易にするように構成されている。マグネットアセンブリ２６０は、中間面２３２を横断して互いに距離Ｄ1だけ離間させた相対する１対のマグネットコイル２６４及び２６６を含む。このマグネットコイルは実質的に円形とし中心軸２３６の周りに延びることがある。ヨークセクション２２８と２３０は、対応するマグネットコイル２６４と２６６のそれぞれを受け容れるようなサイズ及び形状としたマグネットコイルキャビティ２６８と２７０のそれぞれを形成することがある。さらに図２に示したようにサイクロトロン２００は、マグネットコイル２６４及び２６６を加速チェンバー２０６から離間させると共にマグネットコイル２６４及び２６６の適所への保持を容易にするチェンバー壁２７２及び２７４を含むことがある。
【００２３】
加速チェンバー２０６は、中心軸２３６の周りをらせん状に取り巻きかつ実質的に中間面２３２に沿う状態を保っている所定の湾曲経路に沿ったその内部における1Ｈ-イオンなどの荷電粒子の加速を可能にするように構成されている。この荷電粒子は、最初は中心領域２３８の近傍に位置決めされる。サイクロトロン２００を作動させると、荷電粒子の経路は中心軸２３６を取り巻く軌道をとることがある。図示した実施形態ではサイクロトロン２００はイソクロナス・サイクロトロンであり、またこのため荷電粒子の軌道は中心軸２３６の周りに湾曲した部分とこれより直線的な部分とを有する。しかし本明細書に記載した実施形態はイソクロナス・サイクロトロンに限定されるものではなく、別のタイプのサイクロトロンや粒子加速器も含む。図２に示したように、荷電粒子が中心軸２３６を回る軌道をとるとき、荷電粒子は加速チェンバー２０６の紙面から突き出てくること並びに加速チェンバー２０６の紙面内に入るように延び入ることがある。荷電粒子が中心軸２３６を回る軌道をとるため、荷電粒子の軌道と中心領域２３８の間に延びる半径Ｒは増大する。荷電粒子が軌道に沿った所定の箇所に到達すると、荷電粒子は抽出システム（図示せず）内に導かれるかこれを通過するように導かれサイクロトロン２００を出る。例えば荷電粒子は、上で検討したようなフォイルによってその電子を引き剥がされることがある。
【００２４】
粒子ビーム１１２の形成前及び形成中において加速チェンバー２０６は排気した状態とさせることがある。例えば粒子ビームを生成する前に、加速チェンバー２０６の圧力を概ね１×１０-7ミリバールとすることがある。粒子ビームが作動されてＨ2ガスが中心領域２３８に配置されたイオン源（図示せず）を通って流れているとき、加速チェンバー２０６の圧力は概ね２×１０-5ミリバールとなることがある。このためサイクロトロン２００は、中間面２３２の近傍とし得る真空ポンプ２７６を含むことがある。真空ポンプ２７６は、ヨーク体部２０４の端部２１４から半径方向の外方に突き出た部分を含むことがある。
【００２５】
幾つかの実施形態では、加速チェンバー２０６に（例えば、修復やメンテナンスのために）アクセスし得るようにそのヨークセクション２２８及び２３０を互いに向かって及び互いから離れるように移動可能とすることがある。例えばヨークセクション２２８及び２３０を、ヨークセクション２２８及び２３０の横に並んで延びるヒンジ（図示せず）によって繋ぎ合わせることがある。ヨークセクション２２８と２３０の一方または両方は、ヒンジ軸の周りで対応するヨークセクション（複数のこともある）をピボット動作させることによって開かれることがある。別の例としてそのヨークセクション２２８及び２３０は、ヨークセクションのうちの一方をもう一方から直線的に離れるように横方向に移動させることによって互いに分離させることがある。しかし代替的な実施形態ではそのヨークセクション２２８及び２３０を一体に形成することや、（例えば、加速チェンバー２０６内に至るマグネットヨーク２０２の穴または開口部を通った）加速チェンバー２０６へのアクセスの際に互いの封止を保持させることがある。代替的な実施形態ではそのヨーク体部２０４は、均等分割でないセクションを有することがあり、かつ／または３つ以上のセクションを含むことがある。
【００２６】
加速チェンバー２０６は、中間面２３２に沿って延びると共にその周りで実質的に対称となった形状を有することがある。例えば加速チェンバー２０６は実質的に円盤状であると共に、ポールトップ２５２と２５４の間に画定される内側空間領域２４１とチェンバー壁２７２と２７４の間に画定される外側空間領域２４３とを含むことがある。サイクロトロン２００の動作時における粒子の軌道は空間領域２４１の域内となることがある。加速チェンバー２０６はさらに、ヨーク体部２０４を通り標的システムまで延びる通路など、空間領域２４３から半径方向で外方に離れるように進む通路を含むことがある。
【００２７】
さらにポール２４８及び２５０（またより具体的には、ポールトップ２５２及び２５４）は、荷電粒子が所望の経路に沿って導かれる場合にこれらの間の空間領域２４１によって隔てられることがある。マグネットコイル２６４及び２６６もまた空間領域２４３によって隔てられることがある。具体的にはチェンバー壁２７２及び２７４はその間に空間領域２４３を有することがある。さらに空間領域２４３の周縁は、加速チェンバー２０６の周縁も画定している壁表面２５５によって画定されることがある。壁表面２５５は中心軸２３６の周りを周回方向に延びることがある。図示したように、空間領域２４１は中心軸２３６に沿ってポールギャップＧに等しい距離だけ延びており、また空間領域２４３は中心軸２３６に沿って距離Ｄ1だけ延びている。
【００２８】
図２に示したように空間領域２４３は中心軸２３６の周りで空間領域２４１を囲繞している。空間領域２４１及び２４３は一体となって加速チェンバー２０６を形成することがある。したがって図示した実施形態では、サイクロトロン２００は空間領域２４１のみを囲繞し、これにより空間領域２４１をサイクロトロンの加速チェンバーと画定させるような単独のタンクや壁を含まない。例えば真空ポンプ２７６を空間領域２４３を通して空間領域２４１に流体結合させることがある。空間領域２４１内に入る気体は空間領域２４３を通して空間領域２４１から排気させることがある。図示した実施形態では真空ポンプ２７６は空間領域２４３に流体結合させると共にこの領域に隣接して配置させている。
【００２９】
さらに図２に示したようにサイクロトロン２００は、電気機械的（ＥＭ）モータ２９０〜２９２に動作可能に取り付けられた１つまたは複数の機械的デバイス２８０〜２８２を含むことがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイス２８０〜２８２は、サイクロトロン２００の動作に影響する、またより具体的には粒子ビームに影響するように選択的に移動させるように構成されている。例えば機械的デバイス２８０及び２８１は、荷電粒子が機械的デバイス上に入射するように選択的に移動させることがある。機械的デバイス２８２は、粒子ビームの所望の経路に影響するように選択的に移動させることがある。さらに機械的デバイス２８０及び２８１は、ポールトップ２５２と２５４の間で加速チェンバー２０６の空間領域２４１内まで延びることがある。機械的デバイス２８２は、加速チェンバー２０６の空間領域２４３内に配置させることがある。
【００３０】
ＥＭモータ２９０〜２９２はそれぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に動作可能に取り付けられている。本明細書で使用する際に２つの要素またはアセンブリが「動作可能に取り付けられた」「動作可能に結合された」「動作可能に接続された」その他となっているときは、この２つの要素またはアセンブリが所望の機能を実行できるような方式で互いに接続されていることを含む。例えばＥＭモータ２９０〜２９２は、その各々によるそれぞれの機械的デバイスの選択的な移動を可能にさせるような方式でそれぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に取り付けらている。動作可能に結合させる（あるいは、その他とした）ＥＭモータと対応する機械的デバイスとは、何らの部品や構成要素を介在させることなく互いに直接接続させることや、互いに間接的に接続させることがある。いずれのケースでもＥＭモータによる移動によって機械的デバイスを移動させている。
【００３１】
具体的な実施形態ではそのＥＭモータ２９０〜２９２は、ポールトップ２５２または２５４のうちの１つに装着されるか、あるいはポールトップ２５２または２５４のうちの１つに隣接して配置されている。ＥＭモータ２９２は、図２に示したようにポールトップ２５２に直に隣り合わせて配置させている。例えばＥＭモータ２９０と２９１は、ポールトップ２５２と２５４のそれぞれに装着されている。ＥＭモータ２９２はチェンバー壁２７２に装着させることがある。しかし別の実施形態ではそのＥＭモータはポールトップ２５２または２５４に装着させたり、これらに隣接して配置させていない。
【００３２】
ＥＭモータ２９０〜２９２は、それぞれの機械的デバイス２８０〜２８２に動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素２９３〜２９５のそれぞれを含むことがある。このコネクタ構成要素は、ＥＭモータのロッド、シャフト、リンク、ばね、ハウジングその他など任意の物理的部分とすることができる。ＥＭモータ２９０〜２９２はさらに、対応するコネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（図示せず）を含むことがある。これらの圧電素子は、コネクタ構成要素を移動させ、これにより対応する機械的デバイスを移動するように作動させることがある。圧電素子に電圧または電場を印加することあるいは圧電素子を歪ませることによって作動を提供することがある。一例として、コネクタ構成要素に関して得られる移動は直線方向とすることや回転方向とすることがあり得る。具体的な実施形態ではそのＥＭモータ２９０〜２９２は、圧電モータまたは超音波モータである。
【００３３】
図３は、一実施形態に従って形成したヨークセクション３３０の部分斜視図である。ヨークセクション３３０は別のヨークセクション（図示せず）と対向させることがある。対向ヨークセクションとヨークセクション３３０を一体に封止させると、これらの間に加速チェンバーを形成することができる。封止するとこの２つのヨークセクションは、上で記載したサイクロトロン２００のマグネットヨーク２０２などのサイクロトロンのマグネットヨークを成すことがある。ヨークセクション３３０は、ヨークセクション２２８及び２３０（図２）に関連して記載したのと同様の構成要素や特徴を有することがある。図示したようにヨークセクション３３０は、マグネットポール３５０をその内部に配置させて有する片側開きの（ｏｐｅｎ−ｓｉｄｅｄ）キャビティ３２０を画定するリング部分３２１を含む。片側開きのキャビティ３２０は、上で検討した内側空間領域２４１と外側空間領域２４３など加速チェンバーの内側空間領域と外側空間領域（図示せず）からなる部分を含むことがある。リング部分３２１は、サイクロトロンの動作時に対向するヨークセクションの係合用表面を係合するように構成された係合用表面３２４を含むことがある。ヨークセクション３３０はヨークまたはビーム通路３４９を含む。破線で示したように、ビーム通路３４９はリング部分３２１を通って延びると共に、引き剥がされた粒子からなる粒子ビームが加速チェンバーから出るための経路を提供する。
【００３４】
幾つかの実施形態では、ポール３５０のポールトップ３５４は、山３３１〜３３４と谷３３６〜３３９を含むことがある。この山３３１〜３３４と谷３３６〜３３９は、荷電粒子が受ける磁場を変動させることによって荷電粒子の誘導を容易にすることがある。ヨークセクション３３０はさらに、互いの方向に及びポール３５０（または加速チェンバー）の中心３４４方向に向かって半径方向内方に延びる無線周波数（ＲＦ）電極３４０及び３４２を含むことがある。ＲＦ電極３４０と３４２は、ステム３４５と３４７のそれぞれから延び出た中空のＤ電極すなわち「ディー」３４１と３４３のそれぞれを含むことがある。ディー３４１と３４３は、谷３３６と３３８のそれぞれの内部に配置されている。ステム３４５及び３４７はリング部分３２１の内壁表面３２２に結合させることがある。
【００３５】
さらに図示したようにヨークセクション３３０は、ポール３５０の周りに配列させたインターセプションパネル３７１及び３７２を含むことがある。インターセプションパネル３７１及び３７２は、加速チェンバー内部の喪失粒子を捕えるように位置決めされている。インターセプションパネル３７１及び３７２はアルミニウムを含むことがある。図３に示したインターセプションパネル３７１及び３７２は２つだけであるが、本明細書に記載した実施形態は、追加のインターセプションパネルを含むことがある。さらに本明細書に記載した実施形態は、内側空間領域内部でポールトップ３５４の近傍に配置させたビームスクレイパー（図示せず）を含むことがある。
【００３６】
ＲＦ電極３４０及び３４２は、ＲＦ電極３４０及び３４２が加速チェンバー内部で荷電粒子を加速している図１を参照しながら説明した電場システム１０６などのＲＦ電極システム３７０を形成することがある。ＲＦ電極３４０及び３４２は互いに協働すると共に、所定の周波数（例えば、１００ＭＨｚ）にチューニングした誘導性素子と容量性素子を含んだ共振システムを形成する。ＲＦ電極システム３７０は、１つまたは複数の増幅器と連絡した周波数発振器を含み得るような高周波電力発生器（図示せず）を有することがある。ＲＦ電極システム３７０は、ＲＦ電極３４０と３４２の間に交流電圧を生成し、これにより荷電粒子を加速する。
【００３７】
さらに図３に示したように、加速チェンバー内部には移動可能な複数の機械的デバイスを配置させることがある。例えば、ポール３５０に対して引き剥がし用アセンブリ４０２を装着させることがあり、また同じくポール３５０に対して診断用探触子アセンブリ４４０を装着させることがある。引き剥がし用アセンブリ４０２及び探触子アセンブリ４４０に加えて、記載した実施形態は加速チェンバー内部に移動可能な別の機械的デバイスを含むことがある。これら移動可能な機械的デバイスは、サイクロトロンの動作時及び／またはマグネットヨークが封止されたときに移動されるように構成されることがある。より具体的にはこれらの機械的デバイスは、真空状態の域内にある間及び大きな磁気フラックスを受けている間に反復して動作する（例えば、異なる位置間を往復移動する）ように構成されることがある。
【００３８】
図４は、ヨークセクション３３０の一部分の拡大図であり、引き剥がし用アセンブリ４０２をより詳細に表している。図示したように引き剥がし用アセンブリ４０２は、回転可能アーム４０６と、該回転可能アーム４０６に装着されたフォイル保持体４０４と、を含む。回転可能アーム４０６はポールトップ３５４（図３）の外側周縁４１１の近くに位置決めされた近位端４０８から中心３４４（図３）の方向に延びている。回転可能アーム４０６は遠位端４１０（図３参照）まで延びることがある。幾つかの実施形態ではその回転可能アーム４０６は、遠位端４１０の周りでピボット動作するように構成されている。
【００３９】
フォイル保持体４０４は、外側周縁４１１の近くに位置決めされるように構成されている。この例示的実施形態ではフォイル保持体４０４は、回転可能アーム４０６の近位端４０８の近くに確保されている。フォイル保持体４０４は、引き剥がし用フォイル４１２が所望の粒子ビーム経路の内部に配置されるように引き剥がし用フォイル４１２を保持するように構成されている。図示したようにフォイル保持体４０４は、回転可能アーム４０６に対して例えば締結用デバイス４１４を用いて着脱可能に結合させることがある。締結用デバイス４１４は、所望により回転可能アーム４０６に対してフォイル保持体４０４を再位置決めするために緩められることがある。さらにフォイル保持体４０４は、例えば締結用デバイス４１８を用いて一体に確保された対向するフィンガーを有するクランプ機構４１６を含むことがある。引き剥がし用フォイル４１２の取り外しまたは再配置のために、フィンガーを離すように締結用デバイス４１８が緩められることがある。
【００４０】
さらに図４に示したように、引き剥がし用アセンブリ４０２を電気機械的（ＥＭ）モータ４２０と動作可能に結合させることが可能である。ＥＭモータ４２０は、ケーブルまたはワイヤ４２２を通じて制御システム（図示せず）と通信可能に結合させることがある。ＥＭモータ４２０は、アクチュエータアセンブリ４２４と、該アクチュエータアセンブリ４２４と移動可能に結合させたコネクタ構成要素４５６と、を含むことがある。このコネクタ構成要素は、引き剥がし用アセンブリ４０２（または、フォイル保持体４０４）に動作可能に取り付けられている。例えばコネクタ構成要素４５６を回転可能アーム４０６の近位端４０８に取り付けることがある。アクチュエータアセンブリ４２４は、コネクタ構成要素４５６と動作可能に結合させた複数の圧電素子を含むことがある。ＥＭモータ４２０は圧電素子に電場を加えたときにコネクタ構成要素４５６を駆動させ、これにより回転可能アーム４０６を、また結果的にフォイル保持体４０４及び引き剥がし用フォイル４１２を移動させるように構成されている。コネクタ構成要素４５６はＥＭモータ４２０によって異なる位置まで選択的に移動させることがある。
【００４１】
図示した実施形態ではＥＭモータ４２０はリニア圧電モータである。ＥＭモータ４２０は、非磁性材料を含むこと、あるいはより具体的には本質的に非磁性材料からなることがある。ＥＭモータが本質的に非磁性材料からなる場合、ＥＭモータが有する加速チェンバーの動作用磁場に対する影響は最大でも無視し得る大きさである。例えば本質的に非磁性材料からなるＥＭモータは、ＥＭモータに対応した磁場システムの再構成をすることなく既存の粒子加速器内に据え付け可能である。コネクタ構成要素４５６は、アクチュエータアセンブリ４２４によって両方向矢印で示したような直線方向で往復移動させるロッドまたはレールを含む。コネクタ構成要素４５６を第１の方向に移動させると、回転可能アーム４０６は遠位端４１０の周りに時計回りに回転することがある。コネクタ構成要素４５６を反対の第２の方向に移動させると、回転可能アーム４０６は遠位端４１０の周りに反時計回りに回転することがある。したがってＥＭモータ４２０と引き剥がし用アセンブリ４０２は、引き剥がし用フォイル４１２が所望の粒子ビーム経路内に位置決めされるように互いに相互作用し合うことがある。粒子ビームからなる荷電粒子が引き剥がし用フォイル４１２上に入射すると、荷電粒子から電子が除去される（または、引き剥がされる）ことがある。引き剥がしを受けた粒子は次いで、ビーム通路３４９（図３）を通った所望の経路に従うことがある。
【００４２】
代替的な実施形態ではその引き剥がし用アセンブリ４０２は、引き剥がし用フォイル４１２を配置するように互いに相互作用し合う別の部品または構成要素を含むことがある。例えば代替的な一実施形態ではその引き剥がし用アセンブリ４０２は、遠位端４１０の周りにピボット動作しないことがあり、これに代えて締結用デバイス４１４を通って延びる軸の周りに回転するように構成させることがある。したがって引き剥がし用フォイルを選択的に移動させるために、相互接続させた多種多様な機械的構成要素及び部品が使用されることがある。例えば引き剥がし用アセンブリ４０２及び／またはＥＭモータ４２０は、引き剥がし用フォイル４１２を選択的に移動するように構成させ得る連結器、歯車、ベルト、カム機構、スロット、ランプ（ｒａｍｐ）及び継手を含むことがある。同様にフォイル４０４を移動させるために代替的なＥＭモータが用いられることがある。例えばリニアＥＭモータによって引き剥がし用フォイルを直接保持し、また引き剥がし用フォイル４１２が例えば中心３４４に向かうまたこれから離れるように移動させるようにリニアＥＭモータを構成させることがある。別の実施形態では直線移動を提供するのではなく、軸の周りに回転するようにそのＥＭモータを構成させることがある。引き剥がし用アセンブリ４０２もまた非磁性材料を含むことや、本質的に非磁性材料からなることがある。
【００４３】
図５は、探触子アセンブリ４４０をより詳細に表したヨークセクション３３０の一部分の拡大図である。図示した実施形態では探触子アセンブリ４４０は、ポールトップ３５４に装着されると共に、谷３３７の内部に配置されている。探触子アセンブリ４４０は、外側周縁４１１の近傍に確保された基礎支持体４４２と、基礎支持体４４２と回転可能に結合させたシャフト部材４４４と、を含む。シャフト部材４４４は、ポール３５０の中心３４４に向けて半径方向内方に延びている。探触子アセンブリ４４０はさらに、シャフト部材４４４の遠位端に取り付けられたビーム検出器４４６を含む。図示した実施形態ではビーム検出器４４６はタブまたはフラグ４４７を備える。任意選択では探触子アセンブリ４４０は、シャフト部材４４４の遠位端に回転可能に結合させた遠位支持体４４８を含むことがある。
【００４４】
さらに図５に示したように探触子アセンブリ４４０は、ＥＭモータ４５０と動作可能に結合させることが可能である。ＥＭモータ４５０及びビーム検出器４４６は、ケーブルまたはワイヤ４５２を通じて制御システム（図示せず）と通信可能に結合させることがある。ＥＭモータ４５０は、アクチュエータアセンブリ４５４と、該アクチュエータアセンブリ４５４に結合されたコネクタ構成要素４５６と、を含むことがある。コネクタ構成要素４５６は、探触子アセンブリ４４０に動作可能に取り付けられている。例えばコネクタ構成要素４５６は、シャフト部材４４４の近位端４５８に取り付けられることがある。ＥＭモータ４２０と同様にアクチュエータアセンブリ４５４は、コネクタ構成要素４５６と動作可能に結合された複数の圧電素子を含むことがある。ＥＭモータ４５０は、圧電素子に電場が加えられたときにコネクタ構成要素４５６を駆動させ、これによりシャフト部材４４４が（また結果的にビーム検出器４４６が）移動するように構成されている。コネクタ構成要素４５６は、ＥＭモータ４５０によって異なる位置まで選択的に移動させ、これによりシャフト部材４４４を選択的に移動させることがある。
【００４５】
図示した実施形態では、ＥＭモータ４５０はロータリー式圧電モータである。代替的な実施形態ではそのＥＭモータ４５０を、タブ４４７を適正な方式で移動するように動作可能に結合させたリニアモータとすることがある。代替的な実施形態ではそのＥＭモータ４５０は超音波モータを含むことがある。幾つかの実施形態ではＥＭモータ４５０は、非磁性材料を含むこと、あるいはより具体的には本質的に非磁性材料からなることがある。図示したようにコネクタ構成要素４５６は、アクチュエータアセンブリ４５４によって両方向矢印で示したように回転方向で往復移動させるロッドまたはシャフトを備える。コネクタ構成要素４５６を第１の方向に移動させると、シャフト部材４４４はビーム検出器４４６を所望の経路内に移動させることがある。コネクタ構成要素４５６を反対の第２の方向に移動させると、シャフト部材４４４はビーム検出器４４６を所望の経路から出るように移動させることがある。したがってＥＭモータ４５０と探触子アセンブリ４４０は、荷電粒子がその上に入射する所望の経路内部にビーム検出器４４６を位置決めするように互いに相互作用し合うことがある。
【００４６】
探触子アセンブリ４４０は、所望の経路に沿った異なる点で粒子ビームの質または条件を試験するために用いられることがある。所望の経路のある点で取得した計測値を、所望の経路に沿った別の点で得た計測値と比較することがある。例えば、ビーム検出器４４６により得た計測値を、粒子ビームの損失量の判定のために用いることがある。
【００４７】
図６は、中空のディー（またはＲＦ共振器）３４３とＥＭモータ４６２に動作可能に結合させたＲＦデバイス４６０との斜視図である。図示した実施形態ではＲＦデバイス４６０は、ＥＭモータ４６２に装着されると共に、中空のディー３４３の外側周縁の近傍に配置されている。ＲＦデバイス４６０は、キャパシタプレート４６４と、ＥＭモータ４６２と動作可能に結合させた基礎延長部４６６と、を含む。キャパシタプレート４６４は、中空のディー３４３と実質的に対面すると共に、これから離間距離ＳＤだけ離間させている。ＥＭモータ４６２は、軸４７０の周りにＲＦデバイス４６０を回転させるように構成されたロータリー式モータである。ＲＦデバイス４６０を軸４７０の周りに回転させると、離間距離ＳＤを変化させるようにキャパシタプレート４６４が中空のディー３４３の方向及びこれから離れる方向に動かされる。したがってＥＭモータ４６２は、中空のディー３４３の方向及びこれから離れる方向にキャパシタプレート４６４を選択的に動かし、これにより離間距離ＳＤを変化させるように構成させることがある。離間距離ＳＤを変化させることによって、粒子ビーム内の荷電粒子に影響を及ぼすようにサイクロトロンの共振周波数をチューニングすることが可能である。
【００４８】
図７〜１０は、本明細書に記載した実施形態に使用し得るＥＭモータをより詳細に表している。しかし本明細書に記載したＥＭモータは単に例示であり、別のＥＭモータを使用することもできる。図７〜９は、図４に示したＥＭモータ４２０と同様とし得るリニアタイプのＥＭモータ５０２をより詳細に表している。一例ではＥＭモータ４２０及び５０２をＰｉｅｚｏＭｏｔｏｒ（Ｒ）により製造されるＰｉｅｚｏ ＬＥＧＳ（ＴＭ）モータとすることがある。図７はＥＭモータ５０２の分解図であり、また図８は組み上げたＥＭモータ５０２を表している。図示したようにＥＭモータ５０２は、引張りばね５０４、ローラー５０６、保持体５０７、ドライブロッド（または、コネクタ構成要素）５０８及びアクチュエータアセンブリ５１０を含む。このアクチュエータアセンブリ５１０は、その内部に複数の圧電素子５１２（図７）を有するハウジング５１１を含む。ドライブロッド５０８は、アクチュエータアセンブリ５１０に対して、またより具体的には圧電素子５１２に対して動作可能に結合させるように構成されている。図示した実施形態ではドライブロッド５０８は、ローラー５０６及び引張りばね５０４によって圧電素子５１２に押し当てられている。
【００４９】
図９は、印加電圧により作動させたときのある圧電素子５１２に関する様々な段階Ａ〜Ｄにわたる例示的な動きを表している。複数の圧電素子５１２をＥＭモータ５０２内などで直列に配列させると、これらの圧電素子５１２はドライブロッド５０８を直線的方向に動かすように協働することがある。図示したように圧電素子５１２は、１つの中間電極と互いに離間させた２つの外部電極（図示せず）とを備えた２つの圧電層５１６及び５１８を有する圧電セラミックのバイモルフ５１４を備える。圧電素子５１２の遠位端５２０はドライブロッド５０８を動作可能に係合するように構成されている。したがって、各層５１６または５１８は印加電圧によって独立に作動させることができる。例えば段階Ａでは、層５１６と５１８をいずれも作動させておらず、また圧電素子５１２は縮んだ状態にある。段階Ｂでは、層５１８を作動させ、これにより層５１８を延長させている。層５１６が作動していないため、圧電素子５１２は一方向に曲がるまたは傾く。段階Ｃでは、圧電素子５１２が延びた状態になるように層５１６と５１８の両方を作動させている。段階Ｄでは層５１６を延ばすように層５１６を作動させている。層５１８が作動していないため、圧電素子５１２は段階Ｂの方向と反対方向に曲がる。したがって、アクチュエータアセンブリ５１０内の圧電素子５１２のそれぞれに対する電圧の印加によって、圧電素子５１２は摩擦力を用いてドライブロッド５０８を動かすフィンガーまたはレグとして動作することがある。
【００５０】
図１０は、回転子５３２及び固定子５３４を備えたアクチュエータアセンブリ５３０を表している。アクチュエータアセンブリ５３０は、ＥＭモータ４５０及び４６２などのロータリー式ＥＭモータ内に組み込まれることがある。具体的な実施形態ではアクチュエータアセンブリ５３０を超音波モータ内に組み込むことがある。回転子５３２は駆動シャフト（図示せず）と動作可能に結合させることがあり、一方この駆動シャフトは機械的デバイスと動作可能に結合させることがある。図示したように固定子５３４は、直列に配列されると共に回転子５３２とインタフェースする複数の圧電素子５３６を含むことがある。楕円運動を生成するために印加電圧によって圧電素子５３６のリングに沿って進行波ＴＷを確立させることがある。作動させた圧電素子５３６は、様々な接触点で回転子と係合し、これにより回転子５３２を軸５４０の周りに回転させることがある。
【００５１】
一実施形態では、加速チェンバーを有する粒子加速器を操作する方法を提供する。本方法はさらに、システム１００などの同位体産生システムやサイクロトロン２００などのサイクロトロンを動作させる際に用いることができる。本方法は、加速チェンバー内に荷電粒子からなる粒子ビームを提供するステップを含む。この粒子ビームは、例えば電場及び磁場を用いて荷電粒子を所望の経路に沿って導くために上で検討したようにして生成させることがある。
【００５２】
本方法はさらに、粒子ビームに影響を与えるように加速チェンバー内部の機械的デバイスを選択的に移動させるステップを含むことがある。この機械的デバイスは、機械的デバイス２８０〜２８２、引き剥がし用アセンブリ４０２、診断用探触子アセンブリ４４０またはＲＦデバイス４６０と同様とすることがある。機械的デバイスは、例えば荷電粒子をその上に入射させるあるいは電場または磁場に影響を及ぼして所望の経路を制御することによって粒子ビームに影響を与えることがある。具体的な一例では、共振周波数に影響を与えるようにＲＦデバイスを中空のディーに対して移動させることがある。上で説明したように機械的デバイスは、コネクタ構成要素と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子とを含む電気機械的（ＥＭ）モータによって移動させることがある。コネクタ構成要素は機械的デバイスに動作可能に取り付けられており、また機械的デバイスの動きを制御するように移動させるまたは操縦することが可能な任意の物理的構造とすることがある。圧電素子を（例えば、電圧の印加によって）作動させたときに、ＥＭモータはコネクタ構成要素を駆動させ、これにより機械的デバイスを移動させる。
具体的な実施形態ではその機械的デバイスは、内側空間領域を画定するかあるいはポールに隣接して配置させたマグネットヨークのポールトップの間に配置させている。例えば、回転可能アームまたはシャフト部材の少なくとも一部分がポールトップの間を延びることがある。さらに具体的な実施形態ではそのＥＭモータは、ポールトップの間あるいはポールに隣接して配置させることがある。幾つかの実施形態ではその機械的デバイスは、マグネットヨークを基準として、また具体的な実施形態ではポールトップを基準として動かされる。機械的デバイスはさらに、ポールトップのうちの１つの山または谷に配置させることがある。例えば引き剥がし用アセンブリ４０２を山３３３に沿って配置させ、また探触子アセンブリ４４０を谷３３７内に配置させている。さらにＥＭモータ及び機械的デバイスは、壁表面３２２などのマグネットヨークの内壁表面から離して配置させるまたは離間させることがある。
【００５３】
具体的な実施形態ではその粒子加速器やサイクロトロンは、医学的撮像向けの放射性同位体を産生するために病院内や別の同様の設定で用いるようにサイズ設定、形状設定及び構成されている。しかし本明細書に記載した実施形態は、医学用途の放射性同位体の生成に限定するように意図したものではない。さらに図示した実施形態では、粒子加速器は垂直向きのイソクロナス・サイクロトロンである。しかし代替的な実施形態は、別の種類のサイクロトロンや粒子加速器を含むこと、また別の向き（例えば、水平方向）を含むことがあり得る。
【００５４】
上の記述は例示であって限定でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させるように本趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書内に記載した材料の寸法及びタイプが本発明のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく実施形態の例示にすぎない。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。本発明の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」及び「第３の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。
【００５５】
この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 同位体産生システム
１０２ 粒子加速器
１０３ 加速チェンバー
１０４ イオン源システム
１０６ 電場システム
１０８ 磁場システム
１１０ 真空システム
１１２ 粒子ビーム
１１４ 標的システム
１１５ 抽出システム
１１６ 標的材料
１１７ ビーム通路
１１８ 制御システム
１２０ 標的箇所
１２２ 冷却システム
２００ サイクロトロン
２０２ マグネットヨーク
２０４ ヨーク体部
２０６ 加速チェンバー
２０８ 側面
２１０ 側面
２１２ 上側端部
２１４ 底側端部
２２０ 水平のプラットフォーム
２２８ ヨークセクション
２３０ ヨークセクション
２３１ 上側部分
２３２ 中間面
２３６ 中心軸
２３８ 中心領域
２４１ 空間領域
２４３ 空間領域
２４８ ポール
２５０ ポール
２５２ ポールトップ
２５４ ポールトップ
２５５ 壁表面
２６０ マグネットアセンブリ
２６４ マグネットコイル
２６６ マグネットコイル
２６８ マグネットコイルキャビティ
２７０ マグネットコイルキャビティ
２７２ チェンバー壁
２７４ チェンバー壁
２７６ 真空ポンプ
２８０ 機械的デバイス
２８２ 機械的デバイス
２９０ ＥＭモータ
２９１ ＥＭモータ
２９２ ＥＭモータ
２９３ コネクタ構成要素
２９４ コネクタ構成要素
２９５ コネクタ構成要素
３２０ 片側開きのキャビティ
３２１ リング部分
３２２ 内壁表面
３２４ 係合用表面
３３０ ヨークセクション
３３１ 山
３３２ 山
３３３ 山
３３４ 山
３３６ 谷
３３７ 谷
３３８ 谷
３３９ 谷
３４０ ＲＦ電極
３４１ 中空のディー
３４２ ＲＦ電極
３４３ 中空のディー
３４４ 中心
３４５ ステム
３４７ ステム
３４９ ビーム通路
３５０ ポール
３５４ ポールトップ
３７０ ＲＦ電極システム
３７１ インターセプションパネル
３７２ インターセプションパネル
４０２ 引き剥がし用アセンブリ
４０４ フォイル保持体
４０６ 回転可能アーム
４０８ 近位端
４１０ 遠位端
４１１ 外側周縁
４１２ 引き剥がし用フォイル
４１４ 締結用デバイス
４１４ 締結用デバイス
４１６ クランプ機構
４１８ 締結用デバイス
４２０ ＥＭモータ
４２２ ケーブルまたはワイヤ
４２４ アクチュエータアセンブリ
４４０ 診断用探触子アセンブリ
４４２ 基礎支持体
４４４ シャフト部材
４４６ ビーム検出器
４４７ タブまたはフラグ
４４８ 遠位支持体
４５０ ＥＭモータ
４５２ ケーブルまたはワイヤ
４５４ アクチュエータアセンブリ
４５６ コネクタ構成要素
４５８ 近位端
４６０ ＲＦデバイス
４６２ ＥＭモータ
４６４ キャパシタプレート
４６６ 基礎延長部
４７０ 軸
５０２ ＥＭモータ
５０４ 引張りばね
５０６ ローラー
５０７ 保持体
５０８ ドライブロッド
５１０ アクチュエータアセンブリ
５１１ ハウジング
５１２ 圧電素子
５１４ 圧電セラミックのバイモルフ
５１６ 層
５１８ 層
５２０ 遠位端
５３０ アクチュエータアセンブリ
５３２ 回転子
５３４ 固定子
５３６ 圧電素子
５４０ 軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速チェンバー（２０６）内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム（１０６）及び磁場システム（１０８）と、
加速チェンバー内部に配置された機械的デバイス（２８０、２８２）であって、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動されるように構成された機械的デバイスと、
前記機械的デバイスに動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを備えた電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）であって、圧電素子を作動させたときに該コネクタ構成要素を駆動しこれにより機械的デバイスを移動させているＥＭモータと、
を備える粒子加速器（１０２）。
【請求項２】
前記磁場システム（１０８）は、加速チェンバー（２０６）を横断して互いに対向した１対のポールトップ（２５２、２５４）を含んでおり、前記機械的デバイス（２８０、２８２）が該ポールトップの間を延びている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項３】
前記ＥＭモータ（２９０、２９２）は、前記ポールトップ（２５２、２５４）のうちの１つに装着されるか該ポールトップのうちの１つに隣接している、請求項２に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項４】
前記ＥＭモータ（２９０、２９２）は本質的に非磁性材料からなる、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項５】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、その上に荷電粒子が入射するように所望の経路内に移動されるように構成されている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項６】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、荷電粒子がその上に入射されるビーム検出器（４４６）を有する診断用探触子を備える、請求項５に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項７】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、荷電粒子がその上に入射される引き剥がし用フォイル（４１２）を有する引き剥がし用アセンブリ（４０２）を備える、請求項５に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項８】
前記電場システム（１０６）は中空のディー（３４１、３４３）を含み、かつ前記機械的デバイス（２８０、２８２）は該中空のディーのうちの１つまであるいはここから移動するように構成されたキャパシタプレート（４６４）を備える、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項９】
前記コネクタ構成要素（４５６）は、直線方向での移動と軸（２３６）の周りでの回転の少なくとも一方をするように構成されている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項１０】
加速チェンバー（２０６）を有する粒子加速器（１０２）を操作する方法であって、
加速チェンバー内に荷電粒子の粒子ビーム（１１２）を提供するステップであって、該粒子ビームは所望の経路に沿って導かれる提供ステップと、
加速チェンバー内部で機械的デバイス（２８０、２８２）を選択的に移動させるステップであって、該機械的デバイスは機械的デバイスに動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを備える電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）により移動させており、該ＥＭモータは圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させている移動ステップと、
を含む方法。
【請求項１】
加速チェンバー（２０６）内部において所望の経路に沿って荷電粒子を導くように構成された電場システム（１０６）及び磁場システム（１０８）と、
加速チェンバー内部に配置された機械的デバイス（２８０、２８２）であって、加速チェンバー内部の別の位置まで選択的に移動されるように構成された機械的デバイスと、
前記機械的デバイスに動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを備えた電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）であって、圧電素子を作動させたときに該コネクタ構成要素を駆動しこれにより機械的デバイスを移動させているＥＭモータと、
を備える粒子加速器（１０２）。
【請求項２】
前記磁場システム（１０８）は、加速チェンバー（２０６）を横断して互いに対向した１対のポールトップ（２５２、２５４）を含んでおり、前記機械的デバイス（２８０、２８２）が該ポールトップの間を延びている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項３】
前記ＥＭモータ（２９０、２９２）は、前記ポールトップ（２５２、２５４）のうちの１つに装着されるか該ポールトップのうちの１つに隣接している、請求項２に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項４】
前記ＥＭモータ（２９０、２９２）は本質的に非磁性材料からなる、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項５】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、その上に荷電粒子が入射するように所望の経路内に移動されるように構成されている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項６】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、荷電粒子がその上に入射されるビーム検出器（４４６）を有する診断用探触子を備える、請求項５に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項７】
前記機械的デバイス（２８０、２８２）は、荷電粒子がその上に入射される引き剥がし用フォイル（４１２）を有する引き剥がし用アセンブリ（４０２）を備える、請求項５に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項８】
前記電場システム（１０６）は中空のディー（３４１、３４３）を含み、かつ前記機械的デバイス（２８０、２８２）は該中空のディーのうちの１つまであるいはここから移動するように構成されたキャパシタプレート（４６４）を備える、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項９】
前記コネクタ構成要素（４５６）は、直線方向での移動と軸（２３６）の周りでの回転の少なくとも一方をするように構成されている、請求項１に記載の粒子加速器（１０２）。
【請求項１０】
加速チェンバー（２０６）を有する粒子加速器（１０２）を操作する方法であって、
加速チェンバー内に荷電粒子の粒子ビーム（１１２）を提供するステップであって、該粒子ビームは所望の経路に沿って導かれる提供ステップと、
加速チェンバー内部で機械的デバイス（２８０、２８２）を選択的に移動させるステップであって、該機械的デバイスは機械的デバイスに動作可能に取り付けられたコネクタ構成要素（４５６）と該コネクタ構成要素と動作可能に結合させた圧電素子（５１２）とを備える電気機械的（ＥＭ）モータ（２９０、２９２）により移動させており、該ＥＭモータは圧電素子を作動させたときにコネクタ構成要素を駆動させている移動ステップと、
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３４１４６（Ｐ２０１２−１３４１４６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２７８１４５（Ｐ２０１１−２７８１４５）
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７８１４５（Ｐ２０１１−２７８１４５）
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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