Preliminary mechanical design of a superconducting magnet ''Canted-Cosine-Theta'' (CCT) for a new gantry for hadron theraphy

Hadron therapy is a medical treatment that uses carbon ions and protons to cure cancer. Carbon ions are really promising for radioresistant tumours, but their use is limited by the size and cost of the necessary infrastructure. An essential element of the infrastructure is the gantry, which significantly improves treatment effectiveness but can weigh hundreds of tons and cost around 25% of the total cost of the facility. A huge contribution to the weight of the gantry is due to the dipole magnets. This thesis reports a complete preliminary mechanical design based on a new superconducting magnet layout, which may drastically reduce the gantry’s weight and cost: the Canted-Cosine-Theta (CCT). The thesis starts by explaining why hadron therapy is more effective than traditional treatments, the European collaborations providing the frame of this thesis activity, their scope and why the CCT magnet can help make the gantry cheaper and lighter. The thesis continues by showing the methods that permit an efficient generation of the magnet's geometry by CAD software. The work continues exposing the first mechanical design evaluated, how it was improved and the obtained results. The thesis concludes by explaining how to machine and assemble the magnet and its mechanical structure.

L’adroterapia è un trattamento medico che usa ioni carbonio e protoni per curare il tumore. Gli ioni carbonio sono molto promettenti in caso di tumori radioresistenti, ma il loro uso è limitato dalle dimensioni e costo dell’infrastruttura richiesta. Un elemento importante dell’infrastruttura è il gantry che può migliorare molto l’efficacia del trattamento, ma arrivare a pesare centinaia di tonnellate e costare attorno al 25% del costo totale dell’infrastruttura. Molto del peso del gantry è dovuto ai magneti dipolari. Questa tesi descrive un completo studio meccanico preliminare di un nuovo magnete superconduttore volto a rendere il gantry molto più leggero ed economico: il Canted-Cosine-Theta (CCT). La tesi inizia spiegando perché l'adroterapia è più efficacie dei trattamenti tradizionali, i progetti europei in cui è coinvolta la tesi, i loro scopi, perché il magnete CCT può aiutare a ridurre il peso ed il costo del gantry. La tesi prosegue mostrando come creare la geometria del magnete in modo efficacie mediante software CAD. Il lavoro continua illustrando la prima struttura meccanica che circonda il CCT, come è stata migliorata ed i risultati ottenuti. La tesi si conclude spiegando come produrre ed assemblare il magnete CCT con la struttura meccanica che lo circonda.