CERN ¡Ini)a)ves ¡
Steve ¡Myers, ¡
29th ¡February ¡2012 ¡ ICTR-‑PHE ¡2012 ¡Geneva, ¡Switzerland ¡
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CERN Ini)a)ves Steve Myers, 29th February 2012 ICTR-PHE - - PowerPoint PPT Presentation
CERN Ini)a)ves Steve Myers, 29th February 2012 ICTR-PHE 2012 Geneva, Switzerland 1 Topics Physics for Health in Europe (February 2010) Outcome:
Steve ¡Myers, ¡
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– We ¡had ¡two ¡mee)ngs ¡(June ¡30) ¡with ¡the ¡Health ¡Directorate ¡and ¡the ¡ Research ¡Infrastructure ¡unit ¡of ¡DG ¡RTDI. ¡The ¡ini)a)ves ¡were ¡well ¡ received...so ¡a ¡possibility ¡for ¡FP8..BUT ¡ – FP7 ¡baseline ¡budgets ¡are ¡depleted ¡or ¡commided... ¡However ¡ – We ¡are ¡s)ll ¡exploring ¡other ¡possibili)es ¡to ¡see ¡if ¡we ¡can ¡get ¡some ¡funding ¡ before ¡FP8. ¡ ¡ ¡ ¡ – Exchange ¡of ¡leders ¡between ¡CERN ¡DG ¡to ¡EU ¡DG ¡for ¡Research ¡and ¡ Innova)on ¡to ¡find ¡alterna)ve ¡means ¡of ¡funding. ¡No ¡success ¡YET. ¡
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NOT ¡TO ¡SCALE! ¡ LHC ¡diameter ¡= ¡8.5 ¡km ¡ LEIR ¡diameter ¡= ¡25 ¡m ¡
LEIR: ¡ ¡-‑ ¡Provides ¡ion ¡beams ¡for ¡LHC ¡ ¡-‑ ¡Accumula)on ¡of ¡several ¡pulses ¡ ¡ ¡ ¡from ¡Linac3 ¡with ¡electron ¡cooling ¡
Why ¡LEIR? ¡
Electron ¡Cooler ¡ (new, ¡from ¡BINP) ¡ Transfer ¡tunnel ¡ Injec)on ¡ (inclined ¡septum) ¡
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1CERN ¡with ¡2PTCRi ¡: ¡ 1Chris)an ¡Carli, ¡1Manjit ¡Dosanjh, ¡1,2Ken ¡Peach, ¡1,2Daniel ¡Abler ¡
Feasibility ¡Study ¡for ¡ ¡using ¡LEIR ¡as ¡accelerator ¡for ¡radiobiological ¡facility ¡
septa ¡for ¡new ¡‘slow ¡extracMon’ ¡channel ¡
(medical ¡applica)ons, ¡verMcal ¡beamline) ¡
(space ¡radiobiology, ¡horizontal ¡beamline) ¡
Transfer ¡lines ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-‑ ¡from ¡Linac3 ¡ ¡ ¡ ¡-‑ ¡towards ¡the ¡PS ¡ Injec)on ¡ line ¡ Ejec)on ¡line ¡ for ¡PS ¡transfer ¡ New ¡ejec)on ¡ channel ¡ LEIR ¡ ¡ shielding ¡ ¡ wall ¡ New ¡transfer ¡line ¡ to ¡experiment ¡
Space ¡for ¡lab ¡
PS ¡shielding ¡wall ¡
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1PTCRi ¡-‑ ¡2Gray ¡InsMtute: ¡ 2,1Boris ¡Vojnovic, ¡2,1Marc ¡Hill, ¡2,1Bleddyn ¡Jones, ¡1Ken ¡Peach, ¡ 1Claire ¡Timlin, ¡1Daniel ¡Abler ¡
CollecMon ¡of ¡requirements ¡for ¡Radiobiology ¡Facility ¡
What ¡are ¡the ¡desired ¡beam ¡properMes? ¡
(micro ¡vs. ¡broad ¡beam) ¡
What ¡radiobiological ¡experiments ¡are ¡of ¡interest? ¡
How ¡could ¡an ¡end-‑staMon ¡for ¡radiobiological ¡ experiments ¡be ¡designed ¡
Ions ¡ Priority ¡ RaMng ¡/5 ¡ Why ¡ Protons ¡ 5 ¡ Clinical ¡ (molecular ¡ ion) ¡H ¡2 ¡ ¡ 2 ¡ Correlated ¡par)cle ¡experiments ¡ Experiments ¡-‑Spa)al ¡distribu)on ¡ Varia)on ¡in ¡response ¡ Helium ¡2
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5 ¡ Possibly ¡clinical ¡ Helium ¡2
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4 ¡ Stable ¡and ¡possibly ¡clinically ¡ relevant ¡ D ¡ 4 ¡(if ¡ clean), ¡0 ¡ (if ¡not) ¡ Radiobiologically ¡interes)ng, ¡not ¡ clinically ¡useful ¡ Li ¡6
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4 ¡ ¡RBE ¡greater ¡than ¡P ¡ Fragmenta)on ¡tail ¡shorter, ¡less ¡ dose ¡deposited ¡past ¡the ¡distal ¡ edge ¡ B ¡5
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2 ¡ ¡Poten)ally ¡clinical ¡ Fragmenta)ons ¡more ¡than ¡Li, ¡ beder ¡than ¡C ¡ C ¡6
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5 ¡ Clinical ¡ N ¡7
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3 ¡ ¡Radiobiological ¡Studies ¡ O ¡8
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4 ¡ Possibly ¡clinically ¡relevant ¡ Radiobiological ¡Studies ¡ Ne ¡10
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3-‑4 ¡ ¡Comparison ¡to ¡present ¡ radiobiological ¡studies ¡ Ne-‑Fe ¡ ¡ 1 ¡ ¡To ¡analyse ¡radiobiological ¡trends ¡ across ¡the ¡ions ¡ Ca ¡20
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1 ¡ ¡Intermediate ¡ Biologically ¡important ¡trace ¡ element ¡ Fe ¡26
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3 ¡ ¡Radiobiological ¡interpola)on ¡
§ Ion ¡species: ¡
u In ¡principle, ¡ECR ¡sources ¡can ¡provide ¡most ¡species, ¡but ¡some ¡may ¡be ¡difficult ¡ u With ¡one ¡source ¡no ¡fast ¡switching ¡(e.g. ¡for ¡biomedical ¡experiments ¡between ¡LHC ¡fills) ¡
between ¡species ¡
u Second ¡ion ¡source ¡(possibly ¡op)mized ¡for ¡lighter ¡ions ¡with ¡dedicated ¡RFQ) ¡for ¡more ¡
efficient ¡use ¡of ¡LEIR ¡(in ¡parallel ¡to ¡LHC ¡opera)on) ¡
§ Energy: ¡
u At ¡present ¡beam ¡rigidity ¡limited ¡by ¡main ¡power ¡converter ¡to ¡4.8 ¡Tm, ¡magnets ¡allow ¡6.67 ¡
Tm ¡
u Corresponding ¡to ¡240 ¡MeV/n ¡and ¡430 ¡MeV/n ¡for ¡fully ¡stripped ¡12C ¡or ¡16O ¡ions ¡
§ Conclusion: ¡
u LEIR ¡can ¡provide ¡ions ¡of ¡interest ¡for ¡biomedical ¡studies ¡up ¡to ¡<430 ¡MeV ¡(with ¡new ¡main ¡
power ¡converter) ¡
u Study ¡started: ¡ ¨ (Re-‑)implemen)on ¡of ¡slow ¡ejec)on ¡with ¡longitudinal ¡and/or ¡transverse ¡excita)on ¡ ¨ New ¡extrac)on ¡channel ¡(septa) ¡and ¡transfer ¡line ¡to ¡experiment ¡ ¨ Radio ¡protec)on ¡issues ¡(ceiling ¡above ¡LEIR ¡probably ¡required) ¡
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“In ¡1996, ¡under ¡the ¡leadership ¡of ¡Phil ¡Bryant, ¡CERN ¡ini)ated ¡the ¡Proton ¡Ion ¡ Medical ¡Machine ¡Study ¡(PIMMS), ¡which ¡aimed ¡at ¡designing ¡a ¡synchrotron ¡
protons). ¡Together ¡with ¡CERN ¡part-‑)me ¡staff, ¡the ¡study ¡par)cipants ¡were ¡ the ¡TERA ¡Founda)on ¡(Italy), ¡the ¡MedAustron ¡project ¡(Austria) ¡and ¡ Oncology ¡2000 ¡(Czech ¡Republic). ¡The ¡design ¡was ¡summarized ¡in ¡two ¡ reports ¡issued ¡in ¡2000. ¡The ¡project ¡was ¡adapted ¡by ¡TERA ¡and ¡used ¡as ¡a ¡ basis ¡for ¡the ¡CNAO ¡centre, ¡which ¡has ¡just ¡been ¡completed ¡in ¡Pavia ¡by ¡the ¡ CNAO ¡Founda)on ¡and ¡INFN. ¡The ¡MedAustron ¡facility ¡u)lises ¡the ¡same ¡ synchrotron ¡design, ¡and ¡is ¡currently ¡being ¡built ¡in ¡Wiener ¡Neustadt ¡ (Austria).” ¡
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PIMMS initiated in 1996: CERN with TERA and MedAustron
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and ¡protons ¡ linacs ¡for ¡ carbon ¡ions ¡ p ¡ p ¡ C ¡ C ¡ p ¡
RF ¡cavity ¡ ¡ Resonance ¡ sextupole ¡ ¡ Betatron ¡ core ¡ ¡ InjecMon ¡ septum ¡ ¡ ElectrostaMc ¡ septum ¡ ¡ ExtracMon ¡ septum ¡ ¡ Sextupole ¡horiz. ¡ chromaMcity ¡ ¡ Sextupole ¡vert. ¡ chromaMcity ¡ ¡ Sextupole ¡vert. ¡ chromaMcity ¡ ¡ Sextupole ¡horiz. ¡ chromaMcity ¡ ¡ Circumference C = 76.84 m Tune horizontal Qx = 1.67 Tune vertical Qz = 1.72
400 ¡MeV/u ¡ ¡synchrotron ¡ Optimized synchrotron for constant spill P.L. Phil Bryant (CERN) 1996-2000 3 extraction systems: betatron core 1/3 resonance RF knock-out 5 Treating rooms
Perspectiv e view
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The technical drawings for MedAustron were acquired from CNAO Foundation, modified and updated For construction of the French project ETOILE a consortium (CNAO-INFN-Hitachi-GFC Construction) will submit a proposal.
CNAO, ¡MedAustron, ¡?Etoile ¡are ¡excellent ¡examples ¡of ¡technology ¡transfer ¡
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to ¡coordinate ¡and ¡catalyse ¡feasibility ¡studies ¡for ¡future ¡developments ¡of ¡a ¡ new ¡cost-‑effec)ve ¡accelerator ¡facility, ¡which ¡would ¡use ¡the ¡most ¡advanced ¡
proposals, ¡requirements ¡and ¡ideas ¡for ¡the ¡accelerator ¡type ¡which ¡they ¡ would ¡like ¡to ¡be ¡the ¡focus ¡of ¡the ¡new ¡study. ¡..... ¡A ¡Commidee ¡has ¡been ¡set ¡ up ¡(under ¡the ¡chairmanship ¡of ¡Ugo ¡Amaldi) ¡to ¡evaluate ¡the ¡merits ¡of ¡the ¡ proposals, ¡and ¡choose ¡the ¡one(s) ¡to ¡be ¡pursued. ¡
accelerator ¡complex ¡(accelerator, ¡transfer ¡lines ¡and ¡gantries), ¡which ¡will ¡ have ¡to ¡be ¡compact, ¡use ¡a ¡reliable ¡technology, ¡and ¡fulfil ¡the ¡most ¡recent ¡ medical ¡requirements. ¡An ¡important ¡challenge ¡will ¡be ¡to ¡come ¡up ¡with ¡a ¡ design ¡with ¡a ¡rela)vely ¡low ¡capital ¡and ¡running ¡costs ¡(i.e. ¡cost-‑effec)ve). ¡
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1. Par)cle ¡accelerators ¡ 2. Research ¡reactors ¡ 3. Nuclear ¡Fission ¡Produc)on ¡
Dewi ¡Lewis ¡
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irradia)ons ¡in ¡ Research ¡Reactors ¡
bombardment ¡with ¡ accelerators ¡or ¡ cyclotrons ¡
produc)on ¡with ¡ Research ¡Reactors ¡
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¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡e.g. ¡ ¡99mTc, ¡131 ¡I ¡ ¡ ¡ ¡ ¡SPECT ¡ ¡isotopes ¡-‑ ¡cyclotrons ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡e.g. ¡ ¡123I, ¡201Tl, ¡111In ¡
¡ ¡ ¡ ¡Brachytherapy ¡ ¡isotopes ¡-‑ ¡cyclotrons ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡e.g. ¡ ¡103Pd ¡
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SPECT ¡ cardiac ¡ imaging ¡ SPECT ¡imaging ¡ for ¡Parkinson’s ¡ disease ¡ PET ¡imaging ¡for ¡ Alzheimer’s ¡ disease ¡
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68Ga ¡
¡very ¡useful ¡PET ¡generator ¡nuclide ¡
11C, ¡15N, ¡13O
¡very ¡short ¡lived ¡but ¡extremely ¡versa)le ¡PET ¡isotopes ¡
64Cu ¡
¡PET ¡radionuclide ¡several ¡clinical ¡imaging ¡applica)ons ¡
211At ¡
¡alpha ¡emirng ¡radionuclide ¡for ¡therapy ¡
67Cu ¡
¡beta ¡emirng ¡radionuclide ¡fro ¡therapy ¡
124I ¡
¡longer ¡lived ¡(4 ¡day ¡half ¡life) ¡for ¡PET ¡imaging ¡
177Lu ¡
¡beta ¡emirng ¡therapy ¡isotopes ¡in ¡early ¡studies ¡
225Ac ¡
¡alpha ¡emirng ¡generator ¡radionuclide ¡
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Examples ¡include:-‑ ¡ Copper-‑61, ¡Copper-‑62,Techne)um-‑94m ¡ Manganese-‑52m, ¡Indium-‑110 ¡ An)mony-‑118, ¡Iodine-‑122, ¡Iodine-‑120 ¡ Chorine-‑34m, ¡Manganese-‑51, ¡Mangenese-‑52 ¡ Iron-‑52, ¡Cobalt-‑55, ¡Arsenic-‑72 ¡ Bromine-‑75, ¡Bromine-‑76 ¡ Stronium-‑83, ¡Ydrium-‑86 ¡ Zirconium-‑89,Terbium-‑161 ¡
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