CN116709626A - 加速器以及粒子射线治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够提高离子束提取效率的加速器。设于加速器的主磁场区域(30)的外周部的扰乱磁场区域具有：磁场的强度随着朝向外侧而减少的剥离区域(31)；磁场的强度随着朝向外侧而增加的再生区域(32)；以及磁场的强度比剥离区域(31)的磁场的强度大而且比再生区域(32)的磁场的强度小的大致平坦区域(33)。

Description

加速器以及粒子射线治疗装置

技术领域

本公开涉及加速器以及粒子射线治疗装置。

背景技术

粒子射线治疗是放射线治疗的一种，是向肿瘤照射质子射线或碳射线之类的离子束来破坏肿瘤内的细胞的治疗方法。用于实施粒子射线治疗的粒子射线治疗系统具备生成离子的离子源、使由离子源生成的离子加速而形成离子束的加速器、从加速器向治疗室输送由加速器形成的离子束的射束输送系统、改变由射束输送系统输送来的离子束对肿瘤的照射方向的旋转龙门架、从旋转龙门架向肿瘤照射离子束的照射系统、以及控制上述构成要素的控制系统。

作为加速器，粒子射线治疗系统使用同步加速器、回旋加速器或者同步回旋加速器等圆形加速器。近年来，为了实现粒子射线治疗系统的小型化，发展了圆形加速器的小型化。圆形加速器的小型化的有力的方案为增大在圆形加速器内使离子束环绕的主磁场的强度，增大主磁场的强度的有力的方案为在生成主磁场的主电磁铁中应用超导磁铁。从超导磁铁的应用的观点看，与动态地调整主磁场的大小的同步加速器相比，使用静态的主磁场的回旋加速器以及同步回旋加速器是有力的。非专利文献1中公开了作为主电磁铁而使用了超导磁铁的同步回旋加速器。

在回旋加速器以及同步回旋加速器之类的主磁场为静态的圆形加速器中，一般而言，被提取到外部的离子束的能量是固定的，通过在圆形加速器的外部由被称作降解剂的散射体使离子束衰减，来调整向肿瘤照射的离子束的能量。

相对于此，专利文献1中公开了如下圆形加速器：通过使用静态的主磁场，并且使向外提取的离子束的能量可变，从而不需要在外部使离子束衰减。

在专利文献1所记载的圆形加速器中，当将在圆形加速器内环绕的离子束加速至期望的能量之后，对离子束施加与离子束的前进方向以及主磁场的磁极间隙方向(以下设为铅垂方向)大致垂直的方向(以下设为水平方向)的高频电场。关于被施加了高频电场的离子束，作为以中心轨道为中心的振动的电子感应加速振动的水平方向的振幅逐渐增大，通过被称作剥离磁场以及再生磁场的、用于产生形成于中心轨道的周围的电子感应加速振动的共鸣的磁场区域。关于通过剥离磁场以及再生磁场的离子束，水平方向的电子感应加速振动的振幅急剧增大，向提取用的隔膜磁场射入，并向加速器的外部提取。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-133745号公报

非专利文献

非专利文献1：XiaoYu Wu,“Conceptual Design and Orbit Dynamics in a250MeV Superconducting Synchrocyclotron”,Ph.D.Thesis,submitted to MichiganState University

发明内容

发明所要解决的课题

关于通过剥离磁场以及再生磁场的离子束，水平方向的振幅因共鸣而急剧增加，而且垂直方向的振幅也增大。若离子束的垂直方向的振幅增大，则离子束的提取效率降低，因此在专利文献1所记载的技术中，离子束的提取效率有改良的余地。

本公开的目的在于提供能够提高离子束提取效率的加速器以及粒子射线治疗装置。

用于解决课题的方案

本公开的一个方案的加速器是利用主磁场以及加速用高频电场使离子束一边环绕一边加速的加速器，具有：主磁场产生装置，其具有相互对置地配置的多个磁极，在被各磁极夹着的空间激发上述主磁场；射出通道，其提取上述离子束；位移部，其使在激发了上述主磁场的主磁场区域环绕的离子束向上述主磁场区域的外侧位移；以及扰乱磁场区域，其设于上述主磁场区域的外周部，激发对位移至上述外侧的离子束施加扰乱而引导至上述射出通道的磁场，上述扰乱磁场区域具有：磁场的强度随着朝向外侧而减少的第一区域；磁场的强度随着朝向外侧而增加的第二区域；以及磁场的强度比上述第一区域的磁场的强度大而且比上述第二区域的磁场的强度小的第三区域。

发明的效果如下。

根据本发明，能够提高离子束提取效率。

附图说明

图1是本公开的实施例中的粒子射线治疗系统的结构图。

图2是生成主磁场的主磁场磁铁的立体图。

图3是主磁场磁铁的沿着垂直平面的纵向剖视图。

图4是主磁场磁铁的沿着中间平面的横向剖视图。

图5是示出主磁场的中心线上的磁场分布的图。

图6是用于说明离子束的环绕轨道的图。

图7是示意性地示出主磁场的中间平面上的磁场分布的示意图。

图8是示出磁极周缘部处的中间平面上的磁场的径向分布的图。

图9是用于说明比较例的图。

图10是主磁场磁铁的在另一垂直平面的剖视图。

图中：

1—主磁场磁铁，4—上旁轭，5—下旁轭，6—线圈，7—真空容器，8—上部磁极，9—下部磁极，20—加速空间，30—主磁场区域，31—剥离区域，32—再生区域，33—大致平坦区域，40—高频推进器，1001—粒子射线治疗系统，1002—离子束产生装置，1003—离子源，1004—加速器，1005—射束输送系统，1006—旋转龙门架，1007—照射装置，1008—治疗计划装置，1009—控制系统，1019—射出通道，1019a—开口，1037—高频加速空腔。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施例进行说明。

实施例1

图1是示出本公开中实施例的粒子射线治疗系统的整体结构的图。图1所示的粒子射线治疗系统1001是向受检者照射利用下述的加速器1004使离子加速而形成的离子束的系统。在本实施例中，作为离子束，加速器1004将使用氢离子、即质子作为离子的离子束加速至预定范围内的任意能量并射出。在本实施例中，预定范围是70MeV至235MeV的范围。但是，离子束也可以是使用了氦以及碳等的重粒子离子束，作为射出的离子束的能量的射出能量不限定于70MeV至235MeV的范围。

图1所示的粒子射线治疗系统1001设置于建筑物(未图示)的地板面。并且，粒子射线治疗系统1001具有离子束产生装置1002、射束输送系统1005、旋转龙门架1006、照射装置1007、治疗计划装置1008以及控制系统1009。并且，离子束产生装置1002具有离子源1003和加速器1004。

离子源1003是向加速器1004供给离子的离子导入装置。加速器1004使从离子源1003供给的离子加速而形成离子束，并射出该离子束。加速器1004与作为用于驱动加速器1004的电源的高频电源1036、线圈励磁用电源1057以及射出通道用电源1082连接。另外，加速器1004与测定离子束的电流的离子束电流测定装置1098连接。离子束电流测定装置1098包含移动装置1017以及位置检测器1039。此外，在下文中进行加速器1004的更详细的说明。

射束输送系统1005是将从加速器1004射出的离子束输送至照射装置1007的输送系统，具有供离子束通过的离子束路径1048。离子束路径1048与加速器1004中的用于射出离子束的射出通道1019和照射装置1007连接。并且，在离子束路径1048中，从加速器1004朝向照射装置1007，按照多个四极电磁铁1046、偏转电磁铁1041、多个四极电磁铁1047、偏转电磁铁1042、四极电磁铁1049、四极电磁铁1050、偏转电磁铁1043以及偏转电磁铁1044的顺序配置有用于输送离子束的电磁铁。

旋转龙门架1006构成为能够以旋转轴1045为中心而旋转，是使照射装置1007绕旋转轴1045回转的旋转装置。离子束路径1048的一部分设置于旋转龙门架1006。另外，用于输送离子束的电磁铁中的偏转电磁铁1042、四极电磁铁1049、1050、偏转电磁铁1043以及1044设置于旋转龙门架1006。

照射装置1007安装于旋转龙门架1006，在偏转电磁铁1044的下游侧与离子束路径1048连接。

照射装置1007具有扫描电磁铁1051及1052、射束位置监视器1053以及剂量监视器1054。扫描电磁铁1051、1052、射束位置监视器1053以及剂量监视器1054配置在照射装置1007的外壳(未图示)内。并且，扫描电磁铁1051、1052、射束位置监视器1053以及剂量监视器1054沿照射装置1007的中心轴、即离子束的射束轴配置。

扫描电磁铁1051以及扫描电磁铁1052构成分别使离子束偏转而在与照射装置1007的中心轴大致垂直的平面内沿相互大致正交的方向扫描离子束的扫描系统。射束位置监视器1053以及剂量监视器1054配置于扫描电磁铁1051、1052的下游。射束位置监视器1053测量离子束的通过位置。剂量监视器1054测量离子束的剂量。

在照射装置1007的下游侧，以与照射装置1007对置的方式配置供作为受检者的患者2001躺卧的治疗台1055。

治疗计划装置1008生成针对患者2001的离子束的照射内容作为治疗计划并通知给控制系统1009。照射内容例如包含离子束的照射区域、照射能量、照射角度以及照射次数等。

控制系统1009是按照从治疗计划装置1008通知的治疗计划来控制离子束产生装置1002、射束输送系统1005、旋转龙门架1006以及照射装置1007而向患者2001照射离子束的控制部。

控制系统1009具有中央控制装置1066、加速器/输送系统控制装置1069、扫描控制装置1070、旋转控制装置1071以及数据库1072。

中央控制装置1066按照从治疗计划装置1008通知的治疗计划，经由加速器/输送系统控制装置1069、扫描控制装置1070以及旋转控制装置1071对离子束产生装置1002、射束输送系统1005、旋转龙门架1006以及照射装置1007进行控制，并向患者2001照射离子束。

加速器/输送系统控制装置1069控制离子束产生装置1002以及射束输送系统1005。扫描控制装置1070控制照射装置1007。具体而言，扫描控制装置1070基于射束位置监视器1053以及剂量监视器1054的测量结果，控制扫描电磁铁1051以及扫描电磁铁1052来扫描离子束。旋转控制装置1071控制旋转龙门架1006。数据库1072保存从治疗计划装置1008通知的治疗计划。并且，数据库1072也可以保存中央控制装置1066所使用的各种信息。

另外，中央控制装置1066具有作为中央运算装置的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)1067和与CPU1067连接的存储器1068。此外，数据库1072、加速器/输送系统控制装置1069、扫描控制装置1070以及旋转控制装置1071与中央控制装置1066内的CPU1067连接。

CPU1067根据数据库1072所保存的治疗计划，读取进行构成粒子射线治疗系统1001的各设备的控制的程序，执行该读取到的程序，从而执行控制粒子射线治疗系统1001内的各设备的控制处理。具体而言，CPU1067经由加速器/输送系统控制装置1069、扫描控制装置1070以及旋转控制装置1071向各设备输出指令，从而控制各设备，按照治疗计划来照射患者2001的离子束。存储器1068存储作为程序的工作区域而使用并且在CPU1067的处理中使用及生成的各种数据。

此外，由CPU1067执行的程序可以是一个程序，也可以分为多个程序。程序所进行的处理的一部分或全部也可以由专用的硬件实现。并且，程序可以从数据库1072安装到中央控制装置1066，也可以从未图示的程序分布服务器或外部存储介质等安装到中央控制装置1066。并且，控制系统1009内的各装置也可以以通过有线或无线将两个以上的装置连接的方式构成。

＜加速器1004＞

接下来，使用图1～图4，更详细地对离子束产生装置1002的加速器1004进行说明。图2是加速器1004的立体图，图3是加速器1004的沿着垂直平面3的纵向剖视图，图4是加速器1004的沿着中间平面2的横向剖视图。

(主磁场磁铁1)

如图2～图4所示，加速器1004具有主磁场磁铁1。主磁场磁铁1是产生用于使离子束环绕的主磁场的主磁场产生装置，如图2所示，主磁场磁铁1具有在从铅垂方向观察时呈大致圆盘状的形状的上旁轭4以及下旁轭5。

上旁轭4以及下旁轭5具有相对于中间平面2相互大致上下对称的形状。中间平面2大致通过主磁场磁铁1的铅垂方向的中心，与在加速器1004内加速的离子束所描绘的轨道面大致一致。

并且，上旁轭4以及下旁轭5与中间平面2大致垂直，并且相对于大致通过中间平面2处的主磁场磁铁1的中心的平面亦即垂直平面3具有大致面对称的形状。此外，图2中，中间平面2相对于主磁场磁铁1的交叉部分由单点划线示出，垂直平面3相对于主磁场磁铁1的交叉部分由虚线示出。

如图3所示，在被上旁轭4以及下旁轭5围起的空间内，相对于中间平面2大致面对称地配置有两个线圈6。线圈6是超导线圈，例如由使用了铌钛等超导体的超导线材构成。线圈6设置在作为用于冷却线圈6的冷却机构的低温恒温器(未图示)的内部，由该低温恒温器冷却至一定温度(线圈6完全示出反磁性的温度)以下。并且，线圈6通过图1所示的线圈引出布线1022被引出至主磁场磁铁1的外部而与线圈励磁用电源1057连接。线圈励磁用电源1057是向线圈6供给电力的电源，由加速器/输送系统控制装置1069控制。

并且，在被上旁轭4以及下旁轭5围起的空间内的比线圈6靠内侧的位置设置有真空容器7。真空容器7是用于将内部保持为真空状态的容器，例如由不锈钢等构成。上部磁极8以及下部磁极9以隔着中间平面2形成面对称的方式配置在真空容器7的内部，并且分别与上旁轭4和下旁轭5结合。上旁轭4、下旁轭5、上部磁极8以及下部磁极9例如由降低了杂质浓度的纯铁或低碳钢等形成。

具有上述结构的主磁场磁铁1形成对以中间平面2为中心的内部的加速空间20施加上下方向的磁场的主磁场。主磁场在中间平面2内大致均匀，但具有稍微不均匀的强度分布。

主磁场的强度设计为，从离子源1003供给的离子因弱会聚的原理而作为离子束稳定地在加速空间20内环绕。弱会聚的原理是示出如下情况的原理：主磁场随着朝向外周接近而单调减少，在其梯度被包含在预定的上限值至下限值之间的情况下，离子作为离子束而稳定地环绕。

图5是示出主磁场的中心线上的强度分布的图。中心线是中间平面2与垂直平面3的交线，在本实施例中，将沿着该交线的方向设为Y轴方向，将中间平面2上的与Y轴方向垂直的方向设为X轴方向。

如图5所示，主磁场的强度在从作为中间平面2方向上的上部磁极8以及下部磁极9的中心的磁极中心O2沿Y轴方向偏离的预定的位置O1处最大，随着向上部磁极8和下部磁极9的外周接近而逐渐降低。此外，以下，有时也将位置O1称作主磁场分布的中心。

(离子源1003)

在图2的例子中，离子源1003设置在主磁场磁铁1之上。在上旁轭4以及上部磁极8，设有用于将来自离子源1003的离子引导至加速空间20的位置O1的贯通孔17。贯通孔24的中心轴(离子射入轴)12与中间平面2大致垂直，通向位置O1。离子源1003配置于贯通孔17的上部，经由贯通孔17将离子导入至加速空间20的位置O1。此外，离子源1003也可以设置在主磁场磁铁1的内部。在该情况下，不需要贯通孔17。

(射出通道1019)

并且，如图2～图4所示，加速器1004具有提取离子束而使之向射束输送系统1005射出的射出通道1019。在本实施例中，射出通道1019是具有电磁铁(未图示)的结构，配置于加速空间20的外侧、更具体为上部磁极8以及下部磁极9的离Y轴上的主磁场分布的中心O1较近的一方的外周部。射出通道1019在Y轴附近具有开口1019a，从开口1019a获取期望的能量的离子束，并经由设于上旁轭4以及下旁轭5的贯通孔18提取到加速器1004的外部。贯通孔18设置有射束输送系统1005的前端，所提取的离子束经由射束输送系统1005被引导至照射装置1007。

向射出通道1019的电磁铁供给电力的供电线从设于上旁轭4以及下旁轭5的贯通孔15被引出至加速器1004的外部，并与图1所示的射出通道用电源1082连接。射出通道用电源1082是能够向输出通道供给电力的电源，由加速器/输送系统控制装置1069控制。此外，射出通道1019也可以不具备电磁铁，仅由磁性体构成。在该情况下，不需要射出通道1019用的电源。

(高频加速空腔1037)

另外，加速器1004具有作为用于使射入至加速空间20的离子加速而形成离子束的部件的高频加速空腔1037。高频加速空腔1037包含隔着中间平面2配置的一对D形电极1037a。D形电极1037a在从铅垂方向观察时具有扇形形状。D形电极1037a配置为，扇形的顶点(中心)位于主磁场分布的中心O1的附近，对包含磁极中心O2在内的离子束的轨道的一部分进行覆盖。

以与D形电极1037a的半径方向的端面对置的方式配置接地电极(未图示)，在D形电极1037a的半径方向的端面与接地电极之间形成作为使离子束加速的加速用高频电场的加速电场。

D形电极1037a形成为将位置O1作为顶点的扇形，由此能够使环绕的离子束的前进方向与加速电场平行，即，能够在通过离子束所环绕的各环绕轨道的中心并平行于X轴的轴与各环绕轨道交叉的位置施加加速电场。

高频加速空腔1037在上旁轭4以及下旁轭5之间，通过沿Y轴方向设置的贯通孔16被引出至主磁场磁铁1的外部，在该外部与波导管1010连接。高频电源1036与波导管1010连接。高频电源1036是通过波导管1010向高频加速空腔1037供给电力的电源，由加速器/输送系统控制装置1069控制。利用从高频电源1036供给的电力，在D形电极1037a与接地电极之间，作为加速电场而激发高频电场。

如在下文中说明，作为在加速空间20内环绕的离子束的轨道的环绕轨道的轨道半径伴随离子束的加速而逐渐增大。为了适当地使离子束加速，加速电场需要与离子束调谐，为此，需要根据离子束的能量来调制高频加速空腔1037的共振频率。例如通过调整高频加速空腔1037的电感或静电电容来进行共振频率的调制。作为调整高频加速空腔1037的电感或静电电容的调整方法，能够使用公知的方法。例如，在调整静电电容的情况下，通过控制与高频加速空腔1037连接的可变电容电容器的电容来调制共振频率。

(环绕轨道的疏密)

图6是用于说明在加速空间20内环绕的离子束的环绕轨道的图，示出能量不同的离子束的各环绕轨道125。

从离子源1003被导入至加速空间20的离子因作为加速电场的高频电场而形成为离子束，在加速空间20内环绕。如图5所示，加速空间20的主磁场在从磁极中心O2偏离的位置O1处最大，随着向上部磁极8以及下部磁极9的外周接近而逐渐降低。在该情况下，能量较小的离子束沿以位置O1为中心的轨道环绕。随着离子束被高频电场加速，轨道半径变大，而且轨道的中心逐渐向上部磁极8以及下部磁极9的中心轴13的位置O2接近。图4所示的具有最大能量的离子束的环绕轨道127呈大致沿着上部磁极8以及下部磁极9的外周的形状，其中心与位置O2大致一致。

因此，如图6所示，离子束的环绕轨道125在位置O1与Y轴方向的加速空间20的端部的位置Y1之间紧密，在位置O1与隔着上部磁极8以及下部磁极9的中心的位置O2而处于相反侧的Y轴方向的端部的位置Y2之间稀疏。

例如，如图4所示，在环绕轨道125中，与能够提取的离子束中的最大能量(235MeV)相当的最大能量射束的环绕轨道127的中心与磁极中心O2大致一致。并且，与能够提取的离子束中的最低能量相当的最低能量射束的环绕轨道126的中心O3位于将磁极中心O2与主磁场分布的中心O1连结的线段上。

(离子束的提取)

加速器1004具有高频推进器40、剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33作为用于将在加速空间20内环绕的离子束引导至射出通道1019的机构，利用环绕轨道125的疏密来提取具有预定范围的能量的离子束。

高频推进器40是使在加速空间20中的激发主磁场的主磁场区域内环绕的离子束向外侧位移的位移部。高频推进器40例如通过对离子束施加水平方向的高频电场，来使离子束的电子感应加速振动的振幅增大。由此，离子束以通过剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33的方式位移。剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33构成扰乱磁场区域，该扰乱磁场区域激发对通过高频推进器40位移了的离子束施加扰乱而将其引导至射出通道1019的磁场。

图7是用于说明剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33的配置的图，示出离子束所环绕的中间平面2上的磁场分布。

在图7所示的主磁场区域30形成有图5所示的磁场分布。在主磁场区域30的外侧的磁极周缘部形成有剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33。剥离区域31以及再生区域32位于主磁场区域30的离子束的环绕轨道125紧密的紧密区域的外侧。

图8是示出剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33的磁场的径向分布的图。剥离区域31的磁场分布与图7的沿着AA’线的磁场分布对应，再生区域32的磁场分布与图7的沿着BB’线的磁场分布对应，大致平坦区域33的磁场分布与图7的沿着CC’线的磁场分布对应。

剥离区域31、再生区域32以及大致平坦区域33的最内侧的位置(位置A、B、C)处的磁场基本一致。剥离区域31是随着朝向外侧(从A朝向A’)而磁场的强度较大幅度地减少的第一区域。再生区域32是随着朝向外侧(从B朝向B’)而磁场的强度较大幅度地增加的第二区域。大致平坦区域33是磁场大致恒定的第三区域。在本实施例中，大致平坦区域33的磁场随着朝向外侧(从C朝向C’)，比剥离区域31的磁场更平缓地稍微减少。因此，在各区域的外周部，剥离区域31的磁场最小，再生区域32的磁场最大，平坦区域33的磁场为剥离区域31与再生区域32的磁场之间的大小。

以下，对从加速器1004提取具有期望的能量的离子束时的动作进行说明。

加速器/输送系统控制装置1069根据来自中央控制装置1066的指令，使离子源1003生成离子，并通过贯通孔17将该离子导入至主磁场磁铁1内的加速空间20的位置O1。加速器/输送系统控制装置1069使用高频加速空腔1037，使加速空间20产生加速电场，使离子加速而形成离子束。所形成的离子束一边进行环绕运动一边使能量增加。

若离子束达到期望的能量，则加速器/输送系统控制装置1069切断向高频加速空腔1037供给的电力，并且接通高频推进器40。由此，与主磁场重叠地对离子束施加高频电场。其结果，离子束的环绕轨道125沿径向(向位置Y1接近的方向)位移。例如，如图7所示，在离子束是最低能量射束的情况下，环绕轨道126如环绕轨道126′那样沿径向位移，在离子束是最大能量射束的情况下，环绕轨道127如环绕轨道127′那样沿径向位移。

其结果，离子束通过剥离区域31以及再生区域32。由此，产生被称作2/2共鸣的水平方向电子感应加速振动的共鸣，离子束沿径向发散而到达射出通道1019的开口1019a。离子束因射出通道1019而完全从环绕轨道脱离，从而通过贯通孔18被提取到加速器1004的外部。

图9是作为比较例而用于说明非专利文献1所记载的离子束的提取方法亦即现有方法的图。

在现有方法中，仅具有最大能量的离子束为提取的对象。因此，在主磁场区域30A内环绕的离子束的环绕轨道128形成为同心圆状，离子束被加速而环绕轨道扩大，由此离子束通过剥离区域31A以及再生区域32A。此时，由于仅提取具有最大能量的离子束即可，所以剥离区域31A遍及除再生区域32A之外的磁极周缘部的整周地形成。即，仅考虑具有最大能量的离子束而设计了剥离区域31A的磁场梯度和再生区域32A的磁场梯度。

相对于此，在本实施例中，提取的离子束的能量是可变的。因此，不仅最大能量射束，在最低能量射束所通过的区域也需要形成剥离区域31以及再生区域32。

为了适当地引起由电子感应加速振动产生的共鸣，磁场梯度的大小与通过具有磁场梯度的区域的长度的积是重要的。如图7所示，离子束的能量越小，则离子束通过剥离区域31以及再生区域32的长度越短。因此，为了使低能量的离子束引起共鸣，优选增大磁场梯度以便补偿通过剥离区域31以及再生区域32的通过长度的短小。

具有比最低能量射束大的能量的离子束与最低能量射束相同地通过剥离区域31以及再生区域32。因此，若形成比较例的剥离区域31A那样的梯度磁场所分布的区域，则磁场梯度的大小与通过具有磁场梯度的区域的长度的积变得过大，从而离子束相对于水平方向以及垂直方向变得不稳定。

因此，在本实施例中，剥离区域31被限制为较窄的范围，除了剥离区域31以及再生区域32之外的磁极周缘部成为图8所示的具有大致恒定的磁场的大致平坦区域33。此外，由于磁场在磁极周缘部减少是自然的，并且离子束因弱会聚的原理而稳定，所以在本实施例中，大致平坦区域33的磁场具有稍微减少的梯度。

另外，在本实施例中，为了与比较例相比使剥离区域31的磁场梯度较大，如图3所示，夹着剥离区域31的位置41处的上部磁极8以及下部磁极9的间隙间隔L大幅度地比夹着再生区域32的位置以及夹着大致平坦区域33的位置处的间隙间隔宽。此外，图10是加速器1004的沿着通过再生区域32的垂直平面的纵向剖视图，示出夹着再生区域32的位置42处的间隙间隔M和夹着大致平坦区域33的位置43处的间隙间隔N。如图10所示，间隙间隔N比间隙间隔M宽。

并且，在本实施例中，利用夹着剥离区域31的位置41处的间隙间隔L较大这一情况，在剥离区域31的位置设置有作为射出通道1019的入口的开口1019a。但是，也可以不在剥离区域31的位置设置开口1019a。

如上所述，根据本实施例，设于加速器1004的主磁场区域30的外周部的扰乱磁场区域具有磁场的强度随着朝向外侧而减少的剥离区域31、磁场的强度随着朝向外侧而增加的再生区域32、以及磁场的强度比剥离区域31的磁场的强度大而且比再生区域32的磁场的强度小的大致平坦区域33。因此，能够缩短离子束在作为产生离子束的电子感应加速振动的共鸣的区域的剥离区域31以及再生区域32通过的距离，从而能够抑制离子束的垂直方向的振幅增大的情况，进而能够提高离子束提取效率。

并且，在本实施例中，大致平坦区域33的磁场的强度随着朝向外侧而比剥离区域31平缓地减少。在该情况下，因弱会聚的原理，能够使离子束稳定地通过剥离区域31以及再生区域32。

并且，在本实施例中，离子源1003向主磁场区域30中的比磁极中心O2靠射出通道侧的预定的位置O1导入离子。剥离区域31以及再生区域32设于比离子源1003导入离子的位置O1靠射出通道1019侧的位置。在该情况下，由于能够形成在射出通道1019侧紧密的环绕轨道，所以能够减小射束的提取所需要的碰撞量，能够容易地提取具有期望的能量的射束。

并且，在本实施例中，由于大致平坦区域33比剥离区域31以及再生区域32合计的区域大，所以能够使离子束通过剥离区域31以及再生区域32的距离更短。

并且，在本实施例中，作为射出通道1019的入口的开口1019a设于剥离区域31。在该情况下，与将射出通道1019的开口1019a设置于剥离区域31的外侧的情况相比，能够将提取的离子束到达开口1019a之前的环绕数减少一次或两次左右。由此，能够抑制离子束的在垂直方向以及水平方向上的扩散，从而能够提高提取的离子束的质量。

并且，在本实施例中，主磁场磁铁1以使离子束所环绕的环绕轨道偏心并且使离子束加速的方式产生主磁场。因此，能够减小射束的提取所需要的碰撞量，能够容易地提取具有期望的能量的射束。

上述的本公开的实施例是用于说明本公开的例示，并非旨在将本公开的范围仅限定于上述实施例。本领域技术人员能够在不脱离本公开的范围的情况下以其它各种方式实施本公开。

Claims (8)

1.一种加速器，利用主磁场以及加速用高频电场使离子束一边环绕一边加速，其特征在于，具有：

主磁场产生装置，其具有相互对置地配置的多个磁极，在被各磁极夹着的空间激发上述主磁场；

射出通道，其提取上述离子束；

位移部，其使在激发了上述主磁场的主磁场区域环绕的离子束向上述主磁场区域的外侧位移；以及

扰乱磁场区域，其设于上述主磁场区域的外周部，激发对位移至上述外侧的离子束施加扰乱而引导至上述射出通道的磁场，

上述扰乱磁场区域具有：

磁场的强度随着朝向外侧而减少的第一区域；

磁场的强度随着朝向外侧而增加的第二区域；以及

磁场的强度比上述第一区域的磁场的强度大而且比上述第二区域的磁场的强度小的第三区域。

2.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

在上述第三区域，磁场的强度随着朝向外侧而比上述第一区域平缓地减少。

3.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

还具有离子导入装置，该离子导入装置向上述主磁场区域中的比上述磁极的中心靠上述射出通道侧的预定的位置导入形成上述离子束的离子，

上述第一区域以及上述第二区域设于比上述预定的位置靠上述射出通道侧。

4.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

上述第三区域比上述第一区域以及上述第二区域合计的区域大。

5.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

上述射出通道中的供上述离子束射入的入口设于上述第一区域。

6.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

上述磁极的夹着上述第一区域的第一部分的间隔比上述磁极的夹着上述第二区域的第二部分的间隔宽，

上述磁极的夹着上述第三区域的第三部分的间隔比上述第一部分的间隔窄，而且比上述第二部分的间隔宽。

7.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，

上述主磁场产生装置以使上述离子束所环绕的环绕轨道偏心并且使离子束加速的方式产生上述主磁场。

8.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，具有：

权利要求1所述的加速器；以及

照射从上述加速器提取到的离子束的照射装置。