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Opération d’irradiation

L’équipe opération du cyclotron utilise plusieurs techniques afin d’adapter les caractéristiques des faisceaux selon les demandes des utilisateurs. L’énergie des particules, l’intensité et la taille du faisceau font partie de ces caractéristiques. Un ensemble de méthodologies décrites plus bas est mis en place pour répondre au mieux aux besoins.

Une des caractéristiques, spécifiquement adaptées lors des opérations, correspond aux intensités (soit la dose, soit le nombres de particules par seconde) que l’expérimentateur désire obtenir que ce soit dans les casemates avec des stations d’irradiations déjà existantes ou dans les casemates où sont localisés les bancs des expérimentations. Les techniques de mesures sont résumés dans les techniques innovantes de dosimétries.

Le cyclotron d’Arronax dispose pour l’intensité moyenne délivrée, pour chaque particule, d’une capacité s’étendant sur plusieurs ordres de grandeurs ( figure ci-dessous [1]).

Étendu des opérations d’irradiation avec le cyclotron C70XP d’Arronax [1].

Les techniques employées pour chaque irradiation vont donc dépendre de l’intensité envisagée (Haut courant (>1µA) ou bas courant (<1µA) voir très bas courant (<1nA)). Additionnellement, un système a été mis en place afin d’éliminer un grand nombre de paquets de particules et diminuer l’intensité moyenne délivré. Ce système – dit pulsation – est éloigné des expérimentations et permet de sélectionner les paquets qui doivent atteindre les expériences de bout de lignes. Ces techniques d’irradiations sont abordées dans les paragraphes suivant.

Haut courant

Pour les protons, le haut courant sur stations d’irradiation, s’étend de 1 à 350 µA. La source est employée à son maximum de capacité permettant un faisceau stable et adéquat. La méthodologie pour les autres particules est globalement la même.

La taille du faisceau sur les cibles irradiées est délimitée par un collimateur en amont. Plusieurs diagnostics de pertes faisceaux (BLM pour Beam Loss Monitor) sont installés sur les lignes en amont des collimateurs et permettent, en adaptant les éléments magnétiques de lignes (quadripôles), de limité la taille globale de l’enveloppe du faisceau à leur position. Leur premier rôle est donc de monitorer les pertes de particules. Leur second rôle est d’aider au positionnement du faisceau. Ils participent en ce sens à mitiger les points de focalisation sur les cibles.

Les BLM [2] peuvent être employés sur toute installation, dont les particules traversent le tube faisceaux, car ils ne nécessitent pas de modification des tuyaux faisceaux (étant autour).

Bas courant

Comme indiqué dans la figure 1, le cyclotron peut délivrer un courant de plusieurs ordres de grandeur en deçà du µA. Ceci, peut avec la bonne configuration de collimateurs, permettre d’atteindre quelques protons par paquet, pour les expériences qui le nécessiteraient.

La technique est basée d’abord sur la diminution de l’intensité des particules en amont du cyclotron, c’est à dire dans la section d’injection [6]. Elle fait appel au maintien de la puissance source suffisamment haute pour éviter des instabilités et à l’utilisation d’un ou de plusieurs solénoïdes de l’injection pour diminuer le nombre de particules accélérées dans le cyclotron. Ceci permet très en amont d’éviter d’envoyer des intensités non voulues par les expérimentateurs, qui n’aurait pas d’autre solution que d’utiliser des collimateurs. Les bruits de fond de la casemate R&D en sont ainsi diminués. L’intensité moyenne et continue peut-être ainsi régler en dessous de quelques pA.

La dimension du faisceau, a la position de l’expérience, est aussi adaptées aux besoins en utilisant les  diagnostics que dispose Arronax ou ceux employés par les expérimentateurs.

Image du faisceau de proton sur une alumine, à la position de l’expérience [4].

Pour en savoir plus, veuillez nous contacter.

Pulsation

Le système de pulsation permet de diminuer plus encore l’intensité moyenne délivrée en enlevant un grand nombre de paquets, tout en gardant la capacité d’avoir un grand nombre de particules par paquets. Le concept est décrit sur le site dédié et dans [3].

Le système peut aussi être employé afin d’obtenir un débit de dose élevé sur un temps court [7].

Pour en savoir plus, veuillez nous contacter.

 

Publication

[1]   F.Poirier et al., « Studies and Upgrades on the C70 Cyclotron Arronax », CYC16, September 2016, TUD02. http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/cyclotrons2016/html/auth0370.htm

[2]   A.Sengar et al., « Development of a Beam Loss Monitor and Transverse Beam Dynamics Studies at ARRONAX C70XP Cyclotron« , IPAC19, June 2019, WEPGW006 https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2019-WEPGW006

[3]  F.Poirier et al., « The Pulsing Chopper-Based System of the Arronax C70XP Cyclotron« , IPAC19, June 2019, TUPTS008. https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2019-TUPTS008

[4]  F.Poirier et al., « The C70 Arronax and Beam Lines Status », IPAC11, June 2011, WEPS069. http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC2011/html/auth2893.htm

[5]   F.Poirier et al., « On going operation with the C70 Arronax Cyclotron », CYC13, September 2013, MOPPT010. https://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/CYCLOTRONS2013/html/auth0407.htm

[6]   F.Poirier et al., « C70 Arronax in the Hands On Phase », IPAC12, June 2012, MOPPD024. https://accelconf.web.cern.ch/accelconf/IPAC2012/html/auth2851.htm

[7]   F.Poirier et al., « The Injection and Chopper-Based System at Arronax C70XP Cyclotron« , CYC19, September 2019, TUP006. https://cyclotrons2019.vrws.de/html/auth0091.htm