JP2004039459A

JP2004039459A - Ion source

Info

Publication number: JP2004039459A
Application number: JP2002195350A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Tanaka; 田中　政信; Kensuke Amamiya; 雨宮　健介; Kazuo Hiramoto; 平本　和夫; Shigemitsu Hara; 原　　重充
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP3818227B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To expand a variable range of a beam current of an ion beam. <P>SOLUTION: This ion source 65 has: a microwave power control device 13, a microwave transmitter 15, a discharge vessel 19, and electrodes 21a, 21b and 21c. The control device 13 is connected to the transmitter 15 through a cable 14. Plasma is generated by entering microwaves into the discharge vessel 19, and ions in the plasma are changed into an ion beam 23 and emitted from the ion source 65. The control device 13 controls the transmitter 15 and reduces the power of the microwaves 16 in the middle of pulses lower than the lowest power P<SB>C</SB>capable of igniting discharge. Thereby, a pulse ion beam having an ion beam current lower than a current value corresponding to the lowest power P<SB>C</SB>for igniting discharge is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン源に係り、特に、高エネルギーのイオンビームを患者に照射して治療する粒子線治療装置、及び高エネルギーのイオンビームを照射してラジオアイソトープ（以下、ＲＩと称する）を製造するＲＩ製造装置に適用するのに好適なイオン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス状のマイクロ波による放電によってイオンビームを生成する従来のイオン源は、図３に示すようなパルスは形状のマイクロ波パワーＰを発生する。マイクロ波パワーＰは単純なパルス状の波形である。イオン源は、このようなパワーＰを有するマイクロ波を用いて、放電室内でプラズマを発生する。更に、イオン源は、そのプラズマから、電極の孔を通してイオンを静電的に引き出して、パルス状のイオンビームを生成する。以上のように、イオン源でパルス状のイオンビームを発生させることは、例えば、レビュー　オブ　サイエンティフィック　インストゥルメンツ（Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）（２０００年）Ｖｏｌ．７１，６１２頁に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、生成されるイオンビームの電流を低減する目的でマイクロ波パワーＰを下げる場合、マイクロ波パワーＰが最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　以下になると、パルス放電が点弧しなくなる。このため、イオンビーム電流の低減可能な最低値が、最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　によって制限される。
【０００４】
本発明の目的は、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるイオン源を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、パルス波出力装置でマイクロ波及び高周波のいずれかのパルスを発生させ、そのパルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるパワー制御装置を備えたことにある。
【０００６】
パルス内でマイクロ波及び高周波のいずれかのパワーを段階的に少なくとも一回低下させるので、イオンビームのビーム電流を低い範囲まで低減することができる。すなわち、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成を、図１を用いて以下に説明する。その前に、図２を用いて、本実施例に用いるマイクロ波パワーの波形について説明する。このマイクロ波パワーのパルス波形は、図２（ａ）に、イオン源より出射されるイオンビームの電流波形は図２（ｂ）に示される。マイクロ波パワーが図２（ａ）の「１」のようにマイクロ波パワーがパルス波形の初期に上昇して設定レベルＰ_Ｃ　を越えると、図２（ｂ）の「７」のようにイオン源の放電室での放電が点弧する。これにより放電室内にイオンが発生し、放電室より出射されるイオンビームの電流が上昇を開始する。マイクロ波パワーがＰ_１　まで上昇すると、ビーム電流はＩ_１　の値に達する。パルスの途中で図２（ａ）の「３」のようにマイクロ波パワーを、Ｐ_１　から、レベルＰ_Ｃ　よりも低いＰ_２　に減少させると、マイクロ波パワーにより発生するイオンの量が低下する。このため、イオンビーム電流はＩ_１　よりＩ_２　まで低下する。図２（ａ）の「４」のようにマイクロ波パワーＰ_２　を設定時間の間維持して、図２（ｂ）の「１０」のように必要なパルス幅のビーム電流Ｉ_２　のイオンビームを発生させる。その後、図２（ａ）の「５」及び図２（ｂ）の「１１」のようにマイクロ波パワーの低減によりビーム電流を低減させ、図２（ａ）の「６」及び図１（ｂ）の「１２」のように設定時間経過した後にパルスの１周期を終了する。その後、再び、マイクロ波パワーを上昇させて、同じ波形の次周期のパルスを形成する。上記した波形でマイクロ波のパワーを制御することによって、最低放電点孤可能パワーＰ_Ｃ　に対応した電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームを発生できる。また、繰り返し同じパワーＰ_１　のマイクロ波パワーで放電点弧することによって、パルス途中でマイクロ波パワー低減によりイオンビーム電流を低下させた場合でも、確実な放電点弧により安定にパルスイオンビームを繰り返し発生させることができる。
【０００８】
このような波形のマイクロ波でパルスイオンビームを発生する本実施例のイオン源を、図１を用いて説明する。イオン源６５は、マイクロ波パワー制御装置１３，マイクロ波発信器１５，放電容器１９及び電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。マイクロ波発信器１５は導波管１７によって放電容器１９に接続される。電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、放電容器１９の下流側に配置され、円筒部材２２に設置される。コイル２０が放電容器１９の外側で放電容器１９を取り囲むように設置される。電源２４が電極２１ａと電極２１ｃに接続され、電源２５が電極２１ｂと電極２１ｃに接続される。マイクロ波パワー制御装置１３がケーブル１４によりマイクロ波発信器１５に接続される。マイクロ波発信器１５は、パルス状のマイクロ波１６を出力するパルス波出力装置である。
【０００９】
放電容器１９及び円筒部材２２内の空間は、真空ポンプ（図示せず）によって真空になっている。後述のイオンを発生させるため、微量のガスが放電容器１９内に供給される。例えば、水素イオンビームを生成する場合には、微量の水素ガスが放電容器１９内に供給される。マイクロ波発信器１５で発生したパルス状のマイクロ波１６は、導波管１７、及び放電容器１９に形成された導入窓１８を介して放電容器１９内に入射される。コイル２０に電圧を印加することによって、放電容器１９内に磁場Ｂが形成されている。放電容器１９内で、磁場Ｂの周囲を回転する電子が、入射されたマイクロ波の電界によって加速されてガスと衝突し、このガスを電離する。この衝突電離によって、放電が点弧して放電容器１９内でプラズマが発生する。生成されたプラズマ中のイオンは、電源２４，２５にて電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃのそれぞれの間に印加された電界によって、電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃにそれぞれ形成された開口部より引き出される。引き出されたイオンは、イオンビーム２３となってイオン源６５より出射される。
【００１０】
イオン源６５は、マイクロ波１６のマイクロ波パワーのパルス波形を図１（ａ）のように制御するために、マイクロ波パワー制御装置１３が設けられている。マイクロ波パワー制御装置１３は、図１（ａ）に示す波形を有するマイクロ波制御信号を、ケーブル１４を介してマイクロ波発信器１５に伝え、この制御信号によりマイクロ波発信器１５を制御することによってマイクロ波１６のパワーのパルス波形を図１（ａ）のように調整する。このため、前述したように、イオン源６５は、図１（ｂ）に示すパルス電流波形のイオンビームを発生させることができ、最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　に対応する電流値よりも低いイオンビーム電流のパルスイオンビームが得られる。イオン源６５より出射されるイオンビームを試料に照射するイオン注入装置及び分析装置では、イオンビーム電流を低減できることによって、試料へのイオン照射量の精密な調整が可能となり、イオンビームの注入量の精度及び分析精度が向上する。また、イオンビームの照射による試料への熱負荷パワーを低減でき、イオンビームによる試料の破損を防止できると共に、試料の冷却容量を低減できる。
【００１１】
本実施例によれば、イオン源６５で放電を発生するマイクロ波パワーのパルス波形を、パルス初期でパワーが高く途中で段階的にパワーが減少する波形に設定し、パルス初期の高パワーで確実に放電点弧した後のマイクロ波パワー低下によりイオンビームのビーム電流が低下するので、最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　よりも低いマイクロ波パワーで安定にイオンビームを生成できる。このため、イオンビーム電流を従来の最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　に対応する電流値よりも低くすることができ、ビーム電流の可変範囲を増大できる。また、パルス状のイオンビームを生成する各周期の初期において繰り返し同じパワーで放電を点弧するので、放電点火が安定し、放電点火ミスを防止できる。このため、確実にパルス状のイオンビームを生成できる。
【００１２】
更に、本実施例では、前述したマイクロ波パワーの制御と共に、マイクロ波パワー制御装置１３によりコイル２０の電流を制御して磁場Ｂの強度を調整した場合、磁場Ｂにより放電の状態を変化させることができるため、放電点弧がより確実になる、及びイオンビーム電流の可変範囲を更に拡大できる等の利点がある。
【００１３】
上記したイオン源６５を適用した線形加速装置の実施例を、図４を用いて説明する。本実施例の線形加速装置６６は、イオン源６５，高周波四重極加速器（ＲＦＱ）６７及びドリフトチューブライナック（ＤＴＬ）６８を備える。イオン源６５より出射された低エネルギー（例えば５０ｋｅＶ）のイオンビーム２３は、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８の２つの加速器によって加速されて高エネルギー（例えば１０ＭｅＶ）のイオンビーム２６になる。ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８は線形加速器を構成する。
【００１４】
イオンビームを加速するために、高周波電源２７よりＲＦＱ６７に、高周波電源２８よりＤＴＬ６８にそれぞれ高周波加速電界が印加される。線形加速器制御装置２９が、高周波電源２７，２８が高周波電界をパルス的に発生しＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８がイオンビームを加速するタイミングと、マイクロ波パワー制御装置１３によってイオンビーム２３の電流を変化させるタイミングとの相対関係を調整するため、高エネルギーのパルス状のイオンビーム２６が線形加速装置６６より出射される。線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の具体的な制御を、図５を用いて以下に説明する。
【００１５】
図５は、線形加速器制御装置２９よりマイクロ波パワー制御装置１３及び高周波電源２７，２８に送信するタイミング制御トリガー信号の電圧波形（図５（ａ）），それに対応して立ち上がるマイクロ波のパワーパルス波形（図５（ｂ）），イオン源６５から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｃ）），高周波加速電界を印加するタイミングトリガー信号の電圧パルス波形（図５（ｄ））、及びＤＴＬ６８から出射されるイオンビームの電流波形（図５（ｅ））を示している。
【００１６】
図５（ａ）に示すトリガー信号が線形加速器制御装置２９からマイクロ波パワー制御装置１３に送信されると、マイクロ波パワー制御装置１３の制御により、そのトリガー信号に同期して、図５（ｂ）の「１」のようにマイクロ波パワーが立ち上がり、マイクロ波パワーが設定レベルＰ_Ｃ　を越えたときに放電容器１９内で放電が点弧する。このため、図５（ｃ）の「７」のようにイオン源６５からイオンビームが出射され、そのイオンビームの電流も急激に上昇する。トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、マイクロ波パワーがパルスの途中で低減され（「２」→「４」）、イオン源６５の出射ビームの電流が「１０」のように低下する。このビーム電流低下のタイミングと同期して、すなわち、トリガー信号が出力されてから所定時間経過後に、線形加速器制御装置２９は、高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号（図５（ｄ）に示す電圧パルス波形を有する）をそれぞれ出力し、高周波電源２７，２８からそれぞれ高周波信号を出力させる。具体的には、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加される。このため、イオン源６５で生成されるビーム電流Ｉ_２　のパルスイオンビームをＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で選択的に加速することができる。この結果、ＤＴＬ６８から出射される高エネルギーのイオンビームは、図５（ｅ）に示す電流波形を有することになる。このパルスイオンビームを選択的に加速する際に、マイクロ波パワーＰ_２　の強度を図５（ｂ）の「４」において矢印のように増減させて図５（ｃ）の「１０」のようにイオンビーム電流Ｉ_２　の強度を調整する。この調整によって、ＲＦＱ６７に入射されて加速されるパルスイオンビーム電流を変化させることができ、図４（ｅ）に示すようにイオンビーム２６の電流Ｉ_３　の強度を制御することができる。この制御によって電流Ｉ_３　が可変する範囲は、図２で説明したように、最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　に対応する電流値よりも低い電流の領域まで拡大される。
【００１７】
本実施例によれば、マイクロ波パワーのパルスの途中でのイオンビーム電流の低下後に、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に対して加速用の高周波電界をパルス状に印加してイオンビームを加速するため、イオンビーム電流を最低放電点弧可能パワーＰ_Ｃ　に対応する電流値よりも低減することができる。このため、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大させることができる。また、放電点火ミスを防止できるため、パルス状のイオンビームを確実に生成できる。これにより、線形加速装置６６の運転の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
図５とは別の線形加速器制御装置２９による線形加速装置６６の制御を、図６を用いて説明する。線形加速器制御装置２９からの図５（ａ）に示すトリガー信号を入力したマイクロ波パワー制御装置１３は、図６（ａ）の「３１」に示すようにイオン源６５のマイクロ波パワーを、「３２」のレベル（Ｐ_１　）まで上昇させた後、「３３〜３６」の４段階で減少させる制御を行う。図６（ｂ）に示すように、その制御に対応してイオン源６５から出射されるイオンビームの電流が、「４２〜４６」の５段階に変化する。線形加速器制御装置２９において５段階のうちのある段階が選択されると、線形加速器制御装置２９は、選択された段階のタイミングと高周波電界を発生するタイミングとが同期するように高周波電源２７，２８に高周波電界印加トリガー信号をそれぞれ送信する。これにより、高周波電源２７からＲＦＱ６７に、高周波電源２８からＤＴＬ６８にそれぞれ高周波電界が印加され、イオンビーム電流Ｉ_１　〜Ｉ_５　のうち選択された段階の電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。線形加速器制御装置２９が、例えば、図６（ｂ）における「４５」のタイミングと同期して高周波電界印加トリガー信号（図６（ｃ）に示す電圧パルス波形を有する）を高周波電源２７，２８に出力すると、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８において電流Ｉ_４　のイオンビームが選択的に加速される。図６に示す線形加速装置６６の制御は、図５に示すその制御に比べて、毎周期全く同じパルス波形のマイクロ波パワーで繰り返し放電を発生する。このため、図６に示す制御は、放電をより安定に発生できると共にパルスごとのマイクロ波パワーの調整が不要である。なお、図６に示す制御におけるパルス波形ではマイクロ波パワーが階段状に低下しているが、パルス波形を三角形状にしてマイクロ波パワーを連続的に低下させることが可能である。
【００１９】
図６に示す制御を実施する線形加速器制御装置２９を備えた線形加速装置６６は、イオン源６５からＲＦＱ６７に入射されるイオンビーム２３のビーム電流をパルス波形の途中で複数回低下させることが可能であり、ビーム電流が低下した各段階と、ＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８に該当する電源からそれぞれ高周波電界を印加してイオンビームを加速するタイミングとを選択的に合せることが可能である。ビーム電流が低下した各段階とイオンビームの加速のタイミングとを選択的に合せることによって、各段階におけるイオン源６５の出射イオンビームのビーム電流値に対応してＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８で加速されるイオンビームのビーム電流を変化させる場合には、ビーム電流を変化させるためにマイクロ波パワーのパルス波形を変化させる必要がなく、前述のタイミング調整のみでビーム電流を変化させることができる。このため、イオン源６５の制御を簡略化できる。また、パルスの各周期において全く同じマイクロ波パワーのパルス波形で繰り返してイオン源６５を動作させるので、イオン源６５の動作が安定し、線形加速装置６６の信頼性とイオンビーム電流制御の精度を高めることができる。
【００２０】
以上に述べた線形加速装置６６は、ポジトロン　エミッション　トモグラフィー（ＰＥＴ）等に使用するＲＩを製造するＲＩ製造装置，粒子線治療装置，分析装置及び中性子発生装置等に適用すると、それらの装置で利用するイオンビームの電流の制御を従来よりも簡易にすることができると共に、電流の可変範囲を拡大できる。
【００２１】
以下に、線形加速装置６６を適用した粒子線治療装置の実施例を、図７を用いて説明する。本実施例の粒子線治療装置は、線形加速装置６６，シンクロトロン６９，ビーム輸送系５３及び照射装置７０を備える。シンクロトロン６９は、周回軌道に偏向電磁石Ｓ１，加速空胴Ｓ２を有する。照射装置７０は一対の走査電磁石５５を有する。
【００２２】
線形加速装置６６から出射されたイオンビームは、入射装置５１を介してシンクロトロン６９に入射される。入射されたイオンビームは、加速空胴Ｓ２で加速されて偏向電磁石Ｓ１で偏向され、シンクロトロン６９の周回軌道に沿って周回する。システム制御装置５０は、線形加速器制御装置２９，入射装置５１及び偏向電磁石Ｓ１を制御する。このため、患者５９の治療に必要な量のイオンビームをシンクロトロン６９内に蓄積できる。システム制御装置５０は加速空胴Ｓ２に印加される高周波電界を制御する。加速空胴Ｓ２は高周波電界の印加によって周回軌道を周回するイオンビームを加速する。高エネルギー（例えば、２５０ＭｅＶ）に加速されたイオンビームは、出射装置５２によってシンクロトロン６９からビーム輸送系５３に出射される。ビーム輸送系５３内を通過した高エネルギーのイオンビーム５７は、照射装置７０より治療ベッド上の患者５９の患部に治療のために照射される。照射装置７０に設けられた走査電磁石５５を用いて矢印５８のようにイオンビーム５７を走査すると共に、加速空胴Ｓ２により印加する高周波電界を制御してイオンビームの加速エネルギーを調整することによって、イオンビーム５７の照射位置及び患者の体内において到達する深さを変え、患者５９の患部を狙っての適切なイオンビームの照射を実施する。上記の高周波電界の制御はシステム制御装置５０によって行われる。
【００２３】
照射装置７０から患者５９に照射されるイオンビーム５７のイオンビーム電流は電流モニター５６で計測される。電流モニター５６から出力された電流計測信号はシステム制御装置５０に入力される。患者５９に照射されるイオンビームの量は、適切に調節されることが要求される。このため、システム制御装置５０は、電流計測信号に基づいて、患者５９に照射されるイオンビームの量を適切に調節するために線形加速器制御装置２９に制御信号を出力する。線形加速制御装置２９は、この制御信号に基づいて図５（ａ）に示すトリガー信号をマイクロ波パワー制御装置１３に出力し、更に図５（ｄ）に示す高周波電界印加トリガー信号を高周波電源２７，２８に出力する。このように、線形加速器制御装置２９は、図５で説明した制御により線形加速装置６６から出射されてシンクロトロン６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流を調整する。したがって、線形加速装置６６から出射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲を拡大できる。更に、線形加速器制御装置２９はシンクロトロン６９の運転パターンに同期させてイオンビーム２６のパルス幅及び発生周期を制御する。
【００２４】
本実施例は、イオン源線形加速装置６６から出射するイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できるので、これに対応してシンクロトロン６９で加速して出射するイオンビームのビーム電流の調整範囲が拡大される。このため、患者５９に照射するイオンビーム５７の量を患部の治療に必要な適切な値（患部の治療に十分で、患部以外の健全な細胞への影響が最小限となる値）に精度良く調整でき、高度な治療が可能になる。また、従来の粒子線治療装置ではシンクロトロン６９に入射されるイオンビーム２６のビーム電流の可変範囲が小さいため、十分なビーム照射電流の変化には、シンクロトロン６９内にイオンビームを蓄積するイオンビームの入射周回数及び出射装置５２の動作を、システム制御装置５０によって変化させることが必要であった。しかしながら、本実施例は、線形加速装置６６から入射されるイオンビームのビーム電流の可変範囲が拡大されているので、従来必要としたそれらの制御を省略することによって、シンクロトロン６９の制御を簡易化することができる。
【００２５】
なお、患者５９にイオンビームを照射する前にあらかじめイオンビーム電流を電流モニター５６によって計測し、その電流の計測値に基づいて電流調整制御シーケンスをプログラミングしておけば、計画的に適切な高度治療を実現できる。また、従来のイオンビームのビーム電流制御方法と、本実施例におけるそのビーム電流制御方法とを組み合わせて併用した場合には、ビーム電流の可変範囲を更に拡大でき、▲１▼患部５９へのイオンビームの照射量をきめ細かく調整できる、▲２▼その照射量の制御精度を向上できる、▲３▼各装置の誤動作によるイオンビーム照射量の誤差の影響をリスク分散効果によって低減することができる等の利点を生じる。
【００２６】
次に、線形加速装置６６を適用したＲＩ製造装置の実施例を、図８より説明する。ＲＩ製造装置７１は、線形加速装置６６、及びＲＩ製造用のビーム照射室６２を備える。ＲＩ製造装置７１は、例えば、ＰＥＴに用いる放射性薬剤の原料となる短半減期のＲＩ（例えば、^１８Ｆ）を製造する。ビーム照射室６２内には、ＲＩ製造用のターゲット６１が設置される。ビーム照射室６２はＤＴＬ６８に接続される。イオン源６５から出射されたイオンビーム２３はＲＦＱ６７及びＤＴＬ６８によって加速されてイオンビーム２３よりもエネルギーの高いイオンビーム２６となってＤＴＬ６８より出射される。イオンビーム２６はビーム照射室６２内に導かれてターゲット６１に照射される。イオンビーム２６をターゲット６１に照射することによって、ターゲット６１を構成する材料が核反応を起こし、ＲＩが製造される。
【００２７】
本実施例は、イオン源６５を備えているのでイオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大することができる。また、線形加速器制御装置２９による制御によって、選択された電流値を有するイオンビームを選択的に加速することができる。このため、ターゲット６１が熱負荷により破損しやすい場合、照射するイオンビーム２６のビーム電流を低減でき、ターゲット６１の破損を防止できる。また、大きな照射量を必要とするターゲット６１に対しては、イオンビームのビーム電流を増大させることができ、ＲＩ製造のスループットを向上できる。また、イオンビームの照射量をきめ細かく調整でき、その照射量の制御精度も向上できる。
【００２８】
以上に述べた各実施例は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用しており、イオン源の放電容器にマイクロ波を導入して放電を発生させている。しかし、その放電発生方式の替りに、放電容器の周囲または内部に設置したアンテナ（またはコイル）に高周波パワーを供給して放電を発生させる方式を用いてもよい。この高周波パワーの供給による放電発生方式を用いた場合にも、前述した各実施例におけるマイクロ波パワーの制御と同様な制御を実施することによって、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。高周波パワーの制御は、マイクロ波パワー制御装置と同じ機能を有する高周波パワー制御装置によって行われる。特に、図４，図７及び図８の各実施例における線形加速装置に対して、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式の替りに高周波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合には、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式を適用した場合と同様に、線形加速装置から出射されるイオンビーム２６のビーム電流をきめ細かく調整できる。高周波パワーの供給による放電発生方式では、パルス波出力装置として高周波発信器が用いられ、高周波が高周波発信器から放電容器１９に導入される。高周波パワーの供給による放電発生方式は、マイクロ波パワーの供給による放電発生方式とは高周波が放電容器１９に導入される点で異なっているだけである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、イオンビームのビーム電流の可変範囲を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例であるイオン源の構成図である。
【図２】図１のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流のパルス波形の一例を示す説明図である。
【図３】従来のイオン源におけるマイクロ波パワー及びイオンビーム電流の典型的なパルス波形を示す説明図である。
【図４】図１のイオン源を適用した線形加速装置の一実施例の構成図である。
【図５】図４の線形加速装置におけるマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図６】図５とは別のマイクロ波パワー，イオンビーム電流及び高周波加速電界を発生するトリガー電圧の各パルス波形を示す説明図である。
【図７】図４の線形加速装置を適用した粒子線治療装置の一実施例の構成図である。
【図８】図４の線形加速装置を適用したＲＩ製造装置の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
１３…マイクロ波パワー制御装置、１５…マイクロ波発信器、１９…放電容器、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…電極、２４，２５，２７，２８…電源、２９…線形加速器制御装置、６１…ターゲット、６５…イオン源、６６…線形加速装置、
６７…高周波四重極加速器、６８…ドリフトチューブライナック、６９…シンクロトロン、７０…照射装置、７１…ＲＩ製造装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion source, and more particularly, to a particle beam therapy apparatus for irradiating a patient with a high energy ion beam for treatment, and manufacturing a radioisotope (hereinafter referred to as RI) by irradiating a high energy ion beam. The present invention relates to an ion source suitable for application to an RI manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a conventional ion source that generates an ion beam by discharging with a pulsed microwave, a pulse as shown in FIG. 3 generates a microwave power P having a shape. The microwave power P is a simple pulse-like waveform. The ion source generates plasma in the discharge chamber using the microwave having such power P. Further, the ion source electrostatically extracts ions from the plasma through holes in the electrodes to generate a pulsed ion beam. As described above, generating a pulsed ion beam with an ion source is described in, for example, Review of Scientific Instruments (2000) Vol. 71, 612.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional technology, when the microwave power P is reduced for the purpose of reducing the current of the generated ion beam, the microwave power P is set to the minimum discharge-ignitable power P. _C Below this, the pulse discharge stops firing. Therefore, the lowest value at which the ion beam current can be reduced is the lowest discharge-ignitable power P _C Limited by
[0004]
An object of the present invention is to provide an ion source capable of expanding a variable range of a beam current of an ion beam.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The feature of the present invention that achieves the above object is that a pulse wave output device generates a pulse of either a microwave or a high frequency, and within the pulse, the power of the microwave or the high frequency is stepwise at least once. It has a power control device for lowering.
[0006]
Since the power of either the microwave or the high frequency is reduced stepwise at least once in the pulse, the beam current of the ion beam can be reduced to a low range. That is, the variable range of the beam current of the ion beam can be expanded.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A configuration of an ion source according to a preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Before that, the waveform of the microwave power used in this embodiment will be described with reference to FIG. The pulse waveform of the microwave power is shown in FIG. 2A, and the current waveform of the ion beam emitted from the ion source is shown in FIG. When the microwave power rises at the beginning of the pulse waveform as shown by "1" in FIG. _C Is exceeded, the discharge in the discharge chamber of the ion source is ignited as indicated by "7" in FIG. As a result, ions are generated in the discharge chamber, and the current of the ion beam emitted from the discharge chamber starts to increase. Microwave power is P ₁ And the beam current becomes I ₁ Reaches the value of. In the middle of the pulse, the microwave power is changed as shown by “3” in FIG. ₁ From, level P _C Lower than P ₂ , The amount of ions generated by the microwave power decreases. Therefore, the ion beam current is I ₁ More I ₂ Down to As shown by “4” in FIG. ₂ Is maintained for the set time, and the beam current I having the required pulse width as indicated by “10” in FIG. ₂ Is generated. After that, the beam current is reduced by reducing the microwave power as shown by “5” in FIG. 2A and “11” in FIG. 2B, and “6” in FIG. 2A and FIG. One cycle of the pulse is ended after the elapse of the set time as in “12” of (2). After that, the microwave power is increased again to form a pulse having the same waveform in the next cycle. By controlling the power of the microwave with the above-described waveform, the lowest possible discharge point power P _C Can generate a pulsed ion beam with an ion beam current lower than the current value corresponding to. In addition, the same power P ₁ Even when the ion beam current is reduced by reducing the microwave power in the middle of the pulse by firing the discharge with the microwave power, the pulsed ion beam can be stably repeatedly generated by the reliable firing.
[0008]
The ion source of the present embodiment for generating a pulsed ion beam with a microwave having such a waveform will be described with reference to FIG. The ion source 65 has a microwave power control device 13, a microwave transmitter 15, a discharge vessel 19, and electrodes 21a, 21b, 21c. Microwave transmitter 15 is connected to discharge vessel 19 by waveguide 17. The electrodes 21 a, 21 b, and 21 c are arranged on the downstream side of the discharge vessel 19 and are installed on the cylindrical member 22. The coil 20 is installed outside the discharge vessel 19 so as to surround the discharge vessel 19. A power supply 24 is connected to the electrodes 21a and 21c, and a power supply 25 is connected to the electrodes 21b and 21c. A microwave power control device 13 is connected to a microwave transmitter 15 by a cable 14. The microwave transmitter 15 is a pulse wave output device that outputs a microwave 16 in the form of a pulse.
[0009]
The space inside the discharge vessel 19 and the cylindrical member 22 is evacuated by a vacuum pump (not shown). A small amount of gas is supplied into the discharge vessel 19 to generate ions described later. For example, when generating a hydrogen ion beam, a small amount of hydrogen gas is supplied into the discharge vessel 19. The pulsed microwave 16 generated by the microwave transmitter 15 enters the discharge vessel 19 through the waveguide 17 and the introduction window 18 formed in the discharge vessel 19. A magnetic field B is formed in the discharge vessel 19 by applying a voltage to the coil 20. In the discharge vessel 19, the electrons rotating around the magnetic field B are accelerated by the electric field of the incident microwave, collide with the gas, and ionize the gas. Due to the impact ionization, the discharge is ignited and plasma is generated in the discharge vessel 19. The ions in the generated plasma are extracted from the openings formed in the electrodes 21a, 21b, 21c by the electric field applied between the electrodes 21a, 21b, 21c by the power supplies 24, 25. The extracted ions are emitted from the ion source 65 as an ion beam 23.
[0010]
The ion source 65 is provided with a microwave power control device 13 for controlling the microwave power pulse waveform of the microwave 16 as shown in FIG. The microwave power control device 13 transmits a microwave control signal having a waveform shown in FIG. 1A to the microwave transmitter 15 via the cable 14, and controls the microwave transmitter 15 by the control signal. The pulse waveform of the power of the microwave 16 is adjusted as shown in FIG. Therefore, as described above, the ion source 65 can generate an ion beam having a pulse current waveform shown in FIG. _C A pulsed ion beam having an ion beam current lower than the current value corresponding to the above is obtained. In the ion implanter and the analyzer that irradiate the sample with the ion beam emitted from the ion source 65, the ion beam current can be reduced, so that the amount of ion irradiation to the sample can be precisely adjusted, and the amount of ion beam injected can be reduced. Accuracy and analysis accuracy are improved. Further, the thermal load power on the sample due to the irradiation of the ion beam can be reduced, the damage of the sample by the ion beam can be prevented, and the cooling capacity of the sample can be reduced.
[0011]
According to this embodiment, the pulse waveform of the microwave power for generating a discharge in the ion source 65 is set to a waveform in which the power is high at the beginning of the pulse and the power gradually decreases in the middle of the pulse. Since the beam current of the ion beam decreases due to the decrease in the microwave power after the discharge is fired, the lowest dischargeable power P _C An ion beam can be generated stably with a lower microwave power. Therefore, the ion beam current is reduced to the conventional minimum dischargeable power P _C , And the variable range of the beam current can be increased. In addition, since the discharge is repeatedly fired with the same power at the beginning of each cycle of generating the pulsed ion beam, the discharge ignition is stabilized and the discharge ignition mistake can be prevented. For this reason, a pulsed ion beam can be reliably generated.
[0012]
Further, in this embodiment, when the intensity of the magnetic field B is adjusted by controlling the current of the coil 20 by the microwave power control device 13 together with the control of the microwave power described above, the state of the discharge is changed by the magnetic field B. Therefore, there are advantages that the discharge ignition is more reliable and that the variable range of the ion beam current can be further expanded.
[0013]
An embodiment of a linear accelerator using the above-described ion source 65 will be described with reference to FIG. The linear accelerator 66 of this embodiment includes an ion source 65, a high frequency quadrupole accelerator (RFQ) 67, and a drift tube linac (DTL) 68. The low energy (for example, 50 keV) ion beam 23 emitted from the ion source 65 is accelerated by the two accelerators RFQ67 and DTL68 to become a high energy (for example, 10 MeV) ion beam 26. RFQ67 and DTL68 constitute a linear accelerator.
[0014]
In order to accelerate the ion beam, a high frequency accelerating electric field is applied to the RFQ 67 from the high frequency power supply 27 and to the DTL 68 from the high frequency power supply 28, respectively. The linear accelerator control device 29 determines when the high-frequency power sources 27 and 28 generate a high-frequency electric field in a pulsed manner and the RFQ 67 and DTL 68 accelerate the ion beam, and when the microwave power control device 13 changes the current of the ion beam 23. Is adjusted, a high-energy pulsed ion beam 26 is emitted from the linear accelerator 66. The specific control of the linear accelerator 66 by the linear accelerator controller 29 will be described below with reference to FIG.
[0015]
FIG. 5 shows a voltage waveform of a timing control trigger signal transmitted from the linear accelerator controller 29 to the microwave power controller 13 and the high frequency power supplies 27 and 28 (FIG. 5A), and a microwave power pulse rising correspondingly. A waveform (FIG. 5B), a current waveform of the ion beam emitted from the ion source 65 (FIG. 5C), a voltage pulse waveform of a timing trigger signal for applying a high-frequency accelerating electric field (FIG. 5D), 5 shows a current waveform of the ion beam emitted from the DTL 68 (FIG. 5E).
[0016]
When the trigger signal shown in FIG. 5A is transmitted from the linear accelerator control device 29 to the microwave power control device 13, under the control of the microwave power control device 13, the trigger signal is synchronized with the trigger signal as shown in FIG. ), The microwave power rises and the microwave power rises to the set level P. _C Is exceeded, discharge is ignited in the discharge vessel 19. Therefore, an ion beam is emitted from the ion source 65 as indicated by “7” in FIG. 5C, and the current of the ion beam also sharply increases. After a lapse of a predetermined time from the output of the trigger signal, the microwave power is reduced in the middle of the pulse (“2” → “4”), and the current of the beam emitted from the ion source 65 is reduced to “10”. Synchronously with the timing of the beam current drop, that is, after a predetermined time has elapsed since the output of the trigger signal, the linear accelerator control device 29 sends the high-frequency electric field application trigger signal to the high-frequency power sources 27 and 28 (FIG. 5D). (Which has a voltage pulse waveform shown), and high-frequency signals are output from high-frequency power supplies 27 and 28, respectively. Specifically, a high-frequency electric field is applied from the high-frequency power supply 27 to the RFQ 67 and a high-frequency electric field is applied from the high-frequency power supply 28 to the DTL 68. Therefore, the beam current I generated by the ion source 65 is ₂ Can be selectively accelerated by the RFQ 67 and the DTL 68. As a result, the high energy ion beam emitted from the DTL 68 has the current waveform shown in FIG. When the pulsed ion beam is selectively accelerated, the microwave power P ₂ Is increased or decreased as indicated by an arrow at "4" in FIG. 5B, and the ion beam current I is increased as indicated by "10" in FIG. 5C. ₂ Adjust the intensity of the By this adjustment, the pulse ion beam current incident on the RFQ 67 and accelerated can be changed, and the current I of the ion beam 26 is changed as shown in FIG. ₃ Can control the intensity. With this control, the current I ₃ Is variable, as described with reference to FIG. 2, the lowest discharge-ignitable power P _C Is expanded to the region of the current lower than the current value corresponding to
[0017]
According to this embodiment, the ion beam is accelerated by applying a high-frequency electric field for acceleration to the RFQ 67 and the DTL 68 after the ion beam current decreases in the middle of the pulse of the microwave power to accelerate the ion beam. Power P at which current can be ignited _C Can be reduced from the current value corresponding to. For this reason, the variable range of the beam current of the ion beam 26 emitted from the linear accelerator 66 can be expanded. In addition, since a discharge ignition error can be prevented, a pulsed ion beam can be reliably generated. Thereby, the reliability of the operation of the linear accelerator 66 can be improved.
[0018]
The control of the linear accelerator 66 by the linear accelerator controller 29 different from that of FIG. 5 will be described with reference to FIG. The microwave power control device 13 that has received the trigger signal shown in FIG. 5A from the linear accelerator control device 29 changes the microwave power of the ion source 65 to “31” as shown in “31” in FIG. 32 ”level (P ₁ ), Control is performed to decrease the value in four stages of “33 to 36”. As shown in FIG. 6B, in response to the control, the current of the ion beam emitted from the ion source 65 changes in five stages of “42 to 46”. When one of the five stages is selected in the linear accelerator controller 29, the linear accelerator controller 29 controls the high-frequency power sources 27 and 28 so that the timing of the selected stage and the timing of generating the high-frequency electric field are synchronized. , Respectively. As a result, a high-frequency electric field is applied to the RFQ 67 from the high-frequency power supply 27 and to the DTL 68 from the high-frequency power supply 28, respectively. ₁ ~ I ₅ , The ion beam having the current value of the selected stage can be selectively accelerated. The linear accelerator control device 29 sends a high-frequency electric field application trigger signal (having a voltage pulse waveform shown in FIG. 6C) to the high-frequency power sources 27 and 28, for example, in synchronization with the timing of “45” in FIG. When output, the current I in RFQ67 and DTL68 is ₄ Is selectively accelerated. In the control of the linear acceleration device 66 shown in FIG. 6, a discharge is repeatedly generated with microwave power having the same pulse waveform every period as compared with the control shown in FIG. Therefore, the control shown in FIG. 6 can generate the discharge more stably and does not require the adjustment of the microwave power for each pulse. Although the microwave power decreases stepwise in the pulse waveform in the control shown in FIG. 6, it is possible to reduce the microwave power continuously by making the pulse waveform triangular.
[0019]
The linear accelerator 66 including the linear accelerator controller 29 that performs the control shown in FIG. 6 can reduce the beam current of the ion beam 23 incident on the RFQ 67 from the ion source 65 a plurality of times during the pulse waveform. Thus, it is possible to selectively match each stage at which the beam current is reduced with the timing of accelerating the ion beam by applying a high-frequency electric field from the power source corresponding to the RFQ 67 and the DTL 68, respectively. The ion beam accelerated by the RFQ 67 and the DTL 68 corresponding to the beam current value of the ion beam emitted from the ion source 65 at each stage by selectively matching each stage in which the beam current has decreased with the timing of accelerating the ion beam. When changing the beam current, it is not necessary to change the pulse waveform of the microwave power in order to change the beam current, and the beam current can be changed only by the above-described timing adjustment. Therefore, control of the ion source 65 can be simplified. In addition, since the ion source 65 is repeatedly operated with the same microwave power pulse waveform in each cycle of the pulse, the operation of the ion source 65 is stabilized, and the reliability of the linear accelerator 66 and the accuracy of the ion beam current control are improved. Can be enhanced.
[0020]
When the linear accelerator 66 described above is applied to an RI manufacturing device for manufacturing RI used for positron emission tomography (PET) or the like, a particle beam therapy device, an analyzer, a neutron generator, and the like, it is used in those devices. Control of the current of the ion beam can be made easier than before, and the variable range of the current can be expanded.
[0021]
Hereinafter, an embodiment of a particle beam therapy system to which the linear acceleration device 66 is applied will be described with reference to FIG. The particle beam therapy system according to the present embodiment includes a linear accelerator 66, a synchrotron 69, a beam transport system 53, and an irradiation device 70. The synchrotron 69 has a bending electromagnet S1 and an accelerating cavity S2 in the orbit. The irradiation device 70 has a pair of scanning electromagnets 55.
[0022]
The ion beam emitted from the linear accelerator 66 is incident on the synchrotron 69 via the injector 51. The incident ion beam is accelerated by the acceleration cavity S2, deflected by the deflection electromagnet S1, and orbits along the orbit of the synchrotron 69. The system controller 50 controls the linear accelerator controller 29, the injector 51, and the bending electromagnet S1. For this reason, the ion beam required for the treatment of the patient 59 can be accumulated in the synchrotron 69. The system controller 50 controls a high-frequency electric field applied to the acceleration cavity S2. The acceleration cavity S2 accelerates the ion beam orbiting the orbit by applying a high-frequency electric field. The ion beam accelerated to high energy (for example, 250 MeV) is emitted from the synchrotron 69 to the beam transport system 53 by the emission device 52. The high-energy ion beam 57 that has passed through the beam transport system 53 is irradiated from the irradiation device 70 to the affected part of the patient 59 on the treatment bed for treatment. By using the scanning electromagnet 55 provided in the irradiation device 70 to scan the ion beam 57 as shown by an arrow 58 and to control the high-frequency electric field applied by the acceleration cavity S2 to adjust the acceleration energy of the ion beam, The irradiation position of the ion beam 57 and the depth at which the ion beam 57 reaches the inside of the patient's body are changed, and appropriate irradiation of the ion beam for the affected part of the patient 59 is performed. The control of the high-frequency electric field is performed by the system controller 50.
[0023]
The ion beam current of the ion beam 57 irradiated to the patient 59 from the irradiation device 70 is measured by the current monitor 56. The current measurement signal output from the current monitor 56 is input to the system controller 50. It is required that the amount of the ion beam irradiated to the patient 59 be appropriately adjusted. For this reason, the system controller 50 outputs a control signal to the linear accelerator controller 29 to appropriately adjust the amount of the ion beam irradiated to the patient 59 based on the current measurement signal. The linear acceleration control device 29 outputs a trigger signal shown in FIG. 5A to the microwave power control device 13 based on the control signal, and further outputs a high-frequency electric field application trigger signal shown in FIG. , 28. As described above, the linear accelerator controller 29 adjusts the beam current of the ion beam 26 emitted from the linear accelerator 66 and incident on the synchrotron 69 by the control described with reference to FIG. Therefore, the variable range of the beam current of the ion beam 26 emitted from the linear accelerator 66 can be expanded. Further, the linear accelerator controller 29 controls the pulse width and generation cycle of the ion beam 26 in synchronization with the operation pattern of the synchrotron 69.
[0024]
In the present embodiment, since the variable range of the beam current of the ion beam emitted from the ion source linear accelerator 66 can be expanded, the adjustment range of the beam current of the ion beam accelerated and emitted by the synchrotron 69 is correspondingly increased. It is enlarged. For this reason, the amount of the ion beam 57 applied to the patient 59 is accurately adjusted to an appropriate value necessary for the treatment of the affected part (a value sufficient for the treatment of the affected part and a minimum effect on healthy cells other than the affected part). It can be adjusted and advanced treatment is possible. In the conventional particle beam therapy system, the variable range of the beam current of the ion beam 26 incident on the synchrotron 69 is small. It was necessary to change the number of rounds of incidence of the beam and the operation of the emission device 52 by the system controller 50. However, in the present embodiment, since the variable range of the beam current of the ion beam incident from the linear accelerator 66 is expanded, the control of the synchrotron 69 can be simplified by omitting those controls conventionally required. Can be
[0025]
If the ion beam current is measured by the current monitor 56 before irradiating the patient 59 with the ion beam, and a current adjustment control sequence is programmed based on the measured value of the current, an appropriate advanced treatment can be planned. Can be realized. Further, when the conventional beam current control method of the ion beam and the beam current control method in the present embodiment are used in combination, the variable range of the beam current can be further expanded. The beam dose can be finely adjusted, (2) the control accuracy of the beam dose can be improved, and (3) the influence of ion beam dose errors due to malfunctions of each device can be reduced by the risk dispersion effect. Produce benefits.
[0026]
Next, an embodiment of an RI manufacturing apparatus to which the linear accelerator 66 is applied will be described with reference to FIG. The RI manufacturing apparatus 71 includes a linear accelerator 66 and a beam irradiation chamber 62 for manufacturing RI. The RI manufacturing apparatus 71 is, for example, a short half-life RI (for example, a raw material of a radiopharmaceutical used for PET). ¹⁸ F) is manufactured. In the beam irradiation chamber 62, a target 61 for manufacturing RI is installed. The beam irradiation chamber 62 is connected to the DTL 68. The ion beam 23 emitted from the ion source 65 is accelerated by the RFQ 67 and the DTL 68 to become the ion beam 26 having higher energy than the ion beam 23 and is emitted from the DTL 68. The ion beam 26 is guided into the beam irradiation chamber 62 and irradiates the target 61. By irradiating the target 61 with the ion beam 26, a material constituting the target 61 causes a nuclear reaction, and RI is manufactured.
[0027]
In the present embodiment, since the ion source 65 is provided, the variable range of the beam current of the ion beam can be expanded. Further, under the control of the linear accelerator controller 29, the ion beam having the selected current value can be selectively accelerated. Therefore, when the target 61 is easily damaged by a thermal load, the beam current of the ion beam 26 to be irradiated can be reduced, and the damage of the target 61 can be prevented. For the target 61 requiring a large irradiation amount, the beam current of the ion beam can be increased, and the throughput of RI manufacturing can be improved. In addition, the irradiation amount of the ion beam can be finely adjusted, and the control accuracy of the irradiation amount can be improved.
[0028]
In each of the embodiments described above, a discharge generation method by supplying microwave power is applied, and a microwave is introduced into a discharge vessel of an ion source to generate a discharge. However, instead of the discharge generation method, a method of generating a discharge by supplying high-frequency power to an antenna (or a coil) installed around or inside the discharge vessel may be used. Also in the case of using the discharge generation method by supplying the high-frequency power, the variable range of the beam current of the ion beam can be expanded by performing the same control as the control of the microwave power in each embodiment described above. The control of the high frequency power is performed by a high frequency power control device having the same function as the microwave power control device. In particular, in the case where the discharge generation method by supplying high-frequency power instead of the discharge generation method by supply of microwave power is applied to the linear accelerator in each of the embodiments of FIGS. The beam current of the ion beam 26 emitted from the linear accelerator can be finely adjusted as in the case of applying the discharge generation method by supplying the wave power. In the discharge generation method by supplying high frequency power, a high frequency transmitter is used as a pulse wave output device, and a high frequency is introduced into the discharge vessel 19 from the high frequency transmitter. The discharge generation method based on the supply of the high-frequency power is different from the discharge generation method based on the supply of the microwave power only in that a high frequency is introduced into the discharge vessel 19.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, the variable range of the beam current of the ion beam can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ion source that is a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a pulse waveform of a microwave power and an ion beam current in the ion source of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing typical pulse waveforms of microwave power and ion beam current in a conventional ion source.
FIG. 4 is a configuration diagram of one embodiment of a linear acceleration device to which the ion source of FIG. 1 is applied.
5 is an explanatory diagram showing pulse waveforms of a microwave voltage, an ion beam current, and a trigger voltage for generating a high-frequency acceleration electric field in the linear accelerator of FIG. 4;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing respective pulse waveforms of a microwave voltage, an ion beam current, and a trigger voltage for generating a high-frequency accelerating electric field, which are different from those of FIG. 5;
7 is a configuration diagram of one embodiment of a particle beam therapy system to which the linear acceleration device of FIG. 4 is applied.
8 is a configuration diagram of one embodiment of an RI manufacturing apparatus to which the linear acceleration device of FIG. 4 is applied.
[Explanation of symbols]
13: Microwave power control device, 15: Microwave transmitter, 19: Discharge vessel, 21a, 21b, 21c: Electrode, 24, 25, 27, 28: Power source, 29: Linear accelerator control device, 61: Target, 65 ... Ion source, 66 ... Linear accelerator,
67: high-frequency quadrupole accelerator, 68: drift tube linac, 69: synchrotron, 70: irradiation device, 71: RI manufacturing device.

Claims

A pulse wave output device that outputs any of a pulsed microwave and a high-frequency pulse wave, and a discharge chamber that generates plasma by discharging the microwave and the high frequency output from the pulse wave output device. An electrode for extracting ions as a beam from the plasma generated in the discharge chamber, and generating either the microwave or the high frequency pulse by the pulse wave output device, and within the pulse, the microwave and the high frequency And a power control device for stepwise decreasing the power at least once in any of the above steps.

The power control device controls the waveform of the pulse so that the power becomes higher than a set value at the beginning of the pulse, and the power becomes lower than the set value in the middle of the pulse. 2. The ion source according to 1.

3. The ion source according to claim 1, wherein the power control device controls the waveform of the pulse to decrease stepwise a plurality of times in the middle of the pulse. 4.

4. The ion source according to claim 1, further comprising: a coil surrounding the discharge chamber, adjusting a strength of a magnetic field in the discharge chamber, and a current control device controlling a current flowing through the coil. 5.

A pulse wave output device that outputs any of a pulsed microwave and a high-frequency pulse wave, a discharge chamber that generates plasma by discharge by any of the microwave and the high frequency output from the pulse wave output device, An electrode for extracting ions as a beam from the plasma generated in the discharge chamber, and a pulse of the microwave or the high frequency is generated by the pulse wave output device, and any one of the microwave and the high frequency is generated within the pulse. An ion source having a power control device for reducing the power stepwise at least once,
A linear accelerator for accelerating the ion beam emitted from the ion source,
A high-frequency electric field application device for applying a high-frequency electric field for accelerating the ion beam to the linear accelerator,
A first trigger signal for outputting the pulse wave to the power control device, and a second trigger signal which is a command signal for applying the high-frequency electric field to the linear accelerator, a state where the power in the pulse is reduced And a control device for outputting to the high-frequency electric field applying device.

The power control device controls the waveform of the pulse so that the power becomes higher than a set value at the beginning of the pulse, and the power becomes lower than the set value in the middle of the pulse. 6. The linear accelerator according to claim 5.

7. The linear acceleration device according to claim 5, wherein the power control device controls the waveform of the pulse so as to decrease stepwise a plurality of times in the middle of the pulse.

The linear acceleration device according to any one of claims 5 to 7, further comprising a coil surrounding the discharge chamber and adjusting a strength of a magnetic field in the discharge chamber, and a current control device for controlling a current flowing through the coil. .

9. The linear accelerator according to claim 5, a synchrotron for accelerating the ion beam emitted from the linear accelerator, and irradiation for irradiating the affected part with the ion beam emitted from the synchrotron. A particle beam therapy system, comprising: a device;

A radioisotope manufacturing apparatus, comprising: the linear accelerator according to any one of claims 5 to 8; and a radioisotope manufacturing unit that irradiates a target with the ion beam emitted from the linear accelerator.