Des accélérateurs de particules sont décrits dans la publication CERN ACCELERATOR SCHOOL, CYCLOTRONS, LINACS AND THEIR APPLICATIONS, GENEVA 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 tre 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 BNCT.

Il 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 tre un éplucheur électronique ou nucléaire. Un éplucheur nucléaire peut permettre de générer, par exemple, des neutrons.

L'actionneur, qui peut tre 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 mme 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 tre différente de celle de l'électrode centrale du groupeur traversé en deuxième par le faisceau, et tre notamment supérieure, valant par exemple le double.

Les tensions appliquées aux électrodes centrales peuvent tre 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 tre 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 tre apte à générer des ions moléculaires, par exemple des ions H2+ ou H3+.

La source peut encore tre 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 us, de préférence inférieur ou égal à 5 u. s, par exemple de l'ordre de 1 lis.

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 tre 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 mono- énergétiques.

L'invention pourra tre mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre, 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 tre 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 tre 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 tre 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 pg/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 tre 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 tre 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 us.

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 V2 appliquée sur l'électrode centrale du deuxième groupeur 22 est le double de la fréquence de la tension Vl 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 (Pe et une phase de sortie (ps. 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 (ps des particules en fonction de leur phase d'entrée (pe. Les particules dont la phase de sortie (ps est comprise dans un intervalle [ (pi, 2] appelé intervalle d'acceptance, avec (pi et (p2 voisins de 15° par exemple en valeur absolue, sont accélérées par le cyclotron 20 tandis que les particules ayant une phase de sortie cps non incluse dans cet intervalle sont perdues et ne font pas partie du faisceau de particules délivré par le cyclotron 20. Les phases (pi et (p2 peuvent tre différentes ou égales, en valeur absolue.

L'allure de la tension V, somme des tensions Vl et V2, peut s'approcher de celle d'un signal en dent de scie si l'on choisit les tensions VI et V2 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 (ps 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 (ps. 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 ces 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 A (p entre les tensions V1 et V2 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 A (p, on peut ainsi agir sur l'intensité I et amener celle-ci à la valeur souhaitée.

L'actionneur 40 peut tre 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 tre 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 tre 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 tre 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 tre, 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 tre utile lors du traitement d'une zone 80 du corps humain, représenté schématiquement sur la figure 9. Cette zone 80 peut tre, par exemple, une tumeur à détruire, et peut tre 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 tre corrélée à la position du faisceau à la sortie du dispositif de déviation 41. Ce dernier peut tre commandé par le dispositif de contrôle 50.

Les figures 10 et 11 illustrent d'autres exemples, non limitatifs, de lois de commande pouvant tre 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 tre 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 tre mesurée sur cet éplucheur et la phase de sortie (ps du faisceau injecté dans le premier cyclotron peut tre 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 H2+, par exemple H3+ ou D-.

L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'tre décrits.

On peut notamment utiliser d'autres actionneurs et capteurs d'intensité.

Dans toute la description, l'expression « comportant un » doit tre comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.