(dont les synchro-cyclotrons) et des synchrotrons en protonthérapie

À propos des cyclotrons (dont les synchro-cyclotrons)
et des synchrotrons
en protonthérapie
Décembre 2010
Institut Curie – Centre de Protontherapie – Orsay
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introduction
Deux types d’accélérateurs de particules sont aujourd’hui utilisés
en protonthérapie:
- les cyclotrons
- les synchrotrons
Ce petit mémo a pour vocation à clarifier les appellations
et les principes de bases associés.
Une synthèse est donnée en dernière page.

Principe d’accélération d’une particule
1. Une particule chargée
soumise à un champ
électrique est accélérée
+
+
-
2. En associant plusieurs
sections simples, parcourues
par un champ électrique, on
obtient un accélérateur
linéaire, également appelé
«linac »
+

Le cyclotron: premier principe d’accélération circulaire
Le cyclotron, mis au point dans les
années 1930, permet d’avoir plusieurs
séquences d’accélération sur un
périmètre limité. Un champ
magnétique courbe la trajectoire des
particules. A chaque passage entre les
« Dees », les particules sont
accélérées. Ainsi la trajectoires des
particules est une spirale.
Dans les cyclotrons de faible énergie,
un champ magnétique constant et
un champ électrique à fréquence
constante permettent d’accélérer des
particules jusqu’au périmètre extérieur.

Une limitation physique, 2 solutions pour s’en affranchir
A partir d’une certain niveau d’énergie, et du fait de phénomènes
relativistes, l’accélération des particules n’est plus proportionnelle au
champ électrique subi. Deux types d’alternative sont alors possibles en
termes de concepts et de technologie:
1. La première solution mise en œuvre fut celle du synchro-cyclotron: le
champ magnétique reste globalement fixe, mais l’onde
électromagnétique (le champ électrique) d’accélération est formatée pour
être « synchrone » aux particules.
2. La seconde solution consiste à garder une onde électro-magnétique
d’accélération à fréquence constante. En revanche la géométrie du
cyclotron, tant sur la position des cavités accélératrices que sur la
cartographie du champ magnétique, est adaptée pour que les particules
soient toujours accélérées. Une de ces solutions est le cyclotron
isochrone.