JP2015109247A - レーザイオン源、イオン加速器及び重粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したイオンを引き出して加速することのできるレーザイオン源を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、レーザイオン源２は、レーザ光１ａを発振するレーザ発振器１と、レーザ発振器１に電圧を印加するレーザ電源１ｂと、真空容器２ａ内に配置され、レーザ光１ａが照射されてイオンを発生するターゲット２ｂと、レーザ光１ａの光路内に進退可能に設置可能であり、レーザ光１ａのレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器７と、レーザエネルギーが所定の範囲内になるようにレーザ電源１ｂの電圧を制御する制御装置６と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、レーザ光を照射することによりイオンを発生させるレーザイオン源、発生したイオンを加速するイオン加速器及びこれらを使用した重粒子線治療装置に関する。

一般に、イオン源では、イオンを発生させる方法として、ガス中に放電を発生させてイオンを得る方法が知られている。放電を発生させる方法としては、マイクロ波や電子ビームを用いている。

一方、レーザ光を用いたレーザイオン源は、レーザ光を集光してターゲットに照射し、このターゲット元素を蒸発させ、イオン化してプラズマを生成させる。また、レーザイオン源は、そのプラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送し、そのイオンを引き出す際に加速することで、イオンビームを作り出す装置である（例えば、特許文献１、２参照）。したがって、レーザイオン源は、ターゲットにレーザ光を照射することにより、イオンを発生させることが可能であり、パルス大電流、多価イオンを発生させるのに有利である。

プラズマに含まれるイオンは、その発生量やイオンの価数比がレーザ光の照射条件に依存する。特に、イオンの価数比は、レーザ光のエネルギー密度に依存するため、レーザエネルギー、パルス構造を管理する必要がある。プラズマ中の特定の価数をモニタする方法としては、特許文献３に記載された技術がある。

特許第３７１３５２４号公報 特開２００９−３７７６４号公報 特開２０１３−１８７０５７号公報

上述したイオン源では、レーザ光を用いてプラズマを生成し、このプラズマ中のイオンが引き出される。イオン源と例えば線形加速器で構成されるイオン加速器は、イオン源から引き出されたイオンから特定の価数のイオンを選択的に加速する。

しかしながら、レーザ光を用いてプラズマを生成するイオン源には、フラッシュランプ等の消耗部品が用いられている。フラッシュランプ等の消耗部品は、経時劣化によりレーザ出力が低下する。このレーザ出力の低下により、電流値、価数比等が変化しないように、従来のイオン源ではレーザ光のターゲット上でのエネルギー密度を管理する必要がある。この場合、電流値、価数比等が変化すると、安定したイオンを引出すことができないという課題がある。

そこで、本発明の実施形態は、安定したイオンを引き出して加速することのできるレーザイオン源、イオン加速器及び重粒子線治療装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るレーザイオン源は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、前記レーザ光を入射する真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係るイオン加速器は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、前記レーザ光を入射する真空容器と、前記真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、を有するレーザイオン源と、前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る重粒子線治療装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、前記レーザ光を入射する真空容器と、真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、を有するレーザイオン源と、前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、安定したイオンを引き出して加速することが可能になる。

本発明の実施形態に係るレーザイオン源及びイオン加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。 本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態を具備するイオン加速器を示す概略断面図である。 図２の実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態の構成を示す概略断面図である。 本発明に係るイオン加速器の一実施形態を示す概略断面図である。

以下に、本発明に係るレーザイオン源及びイオン加速器の実施形態と、これらを具備する重粒子線治療装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

（重粒子線治療装置）
図１は本発明の実施形態に係るレーザイオン源及びイオン加速器を具備する重粒子線治療装置の一例を示す構成図である。なお、図１では、ビーム輸送系を省略している。

図１に示すように、重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源２、線型加速器１０、シンクロトロン４０、取出し機器３５、Ｘ軸用電磁石３０ａ、Ｙ軸用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、コントローラ８０等を備えて構成されている。Ｘ軸用電磁石３０ａ、Ｙ軸用電磁石３０ｂ、真空ダクト３１、線量モニタ部５０、リッジフィルタ６０、レンジシフタ７０、及びコントローラ８０は、本実施形態の照射装置を構成する。線型加速器１０は、後述するように高周波四重極線形加速器（ＲＦＱ：Radio Frequency Quadrupole、以下ＲＦＱという。）と、ドリフトチューブ線形加速器（ＤＴＬ：Drift Tube Linac、以下ＤＴＬという。）から構成されている。

重粒子線治療装置３００は、レーザイオン源２で発生させるイオンを線型加速器１０、シンクロトロン４０で高速に加速してイオンビームを生成し、このイオンビームを患者２００の患部（腫瘍細胞）２０１に向けて照射してイオンを作用させて治療を行う装置である。重粒子線治療装置３００では、患部２０１を３次元の格子点に離散化し、各格子点に対して細い径のイオンビームを順次走査する３次元スキャニング照射法を実施することが可能である。

具体的には、患部２０１をイオンビームの軸方向（図１右上に示す座標系におけるＺ軸方向）にスライスと呼ばれる平板状の単位で分割し、分割したスライスＺ_i、スライスＺ_i+1、スライスＺ_i+2等の各スライスの２次元格子点（図１右上に示す座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向の格子点）を順次走査することによって３次元スキャニングを行っている。

レーザイオン源２で発生させたイオンを、線型加速器１０、シンクロトロン４０よって患部２０１の奥深くまで到達できるエネルギーまで加速してイオンビームを生成している。すなわち、線型加速器１０は、レーザイオン源２で発生させたイオンを加速する。シンクロトロン４０は、線型加速器１０のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速する。

イオンビームの加速終了後は、取出し機器３５によりイオンビームを取り出し、図示しない出射軌道から治療室に輸送される。取出し機器３５により取り出されたイオンビームは、上記照射装置で照射対象である患部２０１に照射される。

具体的には、上記照射装置において、Ｘ方向に走査するＸ軸用電磁石３０ａとＹ方向に走査するＹ軸用電磁石３０ｂは、イオンビームをＸ方向及びＹ方向に偏向させ、スライス面上を２次元で走査する。レンジシフタ７０は、患部２０１のＺ軸方向の位置を制御する。レンジシフタ７０は、例えば複数の厚さのアクリル板から構成されており、これらのアクリル板を組み合わせることによってレンジシフタ７０を通過するイオンビームのエネルギー、すなわち体内飛程を患部２０１スライスのＺ軸方向の位置に応じて段階的に変化させることができる。レンジシフタ７０による体内飛程の大きさは通常等間隔で変化するように制御され、この間隔がＺ軸方向の格子点の間隔に相当する。なお、体内飛程の切り替え方法としては、レンジシフタ７０のようにイオンビームの径路上に減衰用の物体を挿入する方法のほか、上流機器の制御によってイオンビームのエネルギー自体を変更する方法でもよい。

リッジフィルタ６０は、ブラッグピークと呼ばれる体内深さ方向における線量のシャープなピークを拡散させるために設けられている。ここで、リッジフィルタ６０によるブラッグピークの拡散幅は、スライスの厚み、すなわちＺ軸方向の格子点の間隔と等しくなるように設定される。３次元スキャニング照射用のリッジフィルタ６０は、断面が略二等辺三角形のアルミニウム棒状部材を複数並べて構成している。イオンビームが二等辺三角形を通過する際に生じる径路長の差異によってブラッグピークのピークを拡散させることが可能であり、二等辺三角形の形状によって拡散幅を所望の値に設定することができる。

線量モニタ部５０は、照射する線量をモニタするためのものであり、その筐体内に、粒子線の電離作用によって生じた電荷を平行電極で収集する電離箱や、筐体内に配置された二次電子放出膜から放出される二次電子を計測するＳＥＭ（Secondary Electron Monitor）装置等によって構成されている。

（レーザイオン源の第１実施形態）
図２は本発明に係るレーザイオン源の第１実施形態を具備するイオン加速器を示す概略断面図である。図３は図２の実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、レーザイオン源２は、真空容器２ａを有している。この真空容器２ａは、耐食性や耐薬品性に優れ、放出ガスが少ない材料、例えばステンレス鋼製である。真空容器２ａの内部には、イオンとなる元素又はそれを含有するターゲット２ｂが配置されている。このターゲット２ｂは、例えばカーボン系の板状部材により形成されている。

真空容器２ａには、図示しない高電圧電源から高電圧が印加されている。正イオンビームを生成するときは正電位を、負イオンビームを生成するときは負電位を付与する。本実施形態では、正の高電圧を印加している。真空容器２ａは、図示しない排気口が形成され、この排気口に図示しない真空ポンプが接続され、真空容器２ａ内が真空排気されている。

真空容器２ａは、レーザ光１ａを入射するために図示しない入射部が設けられている。この入射部には、入射窓が形成され、この入射窓には、レーザ光１ａを集光するために図示しない集光レンズが取り付けられている。この集光レンズは、レーザ光１ａが透過するために透明な材料が用いられている。集光レンズは、上記入射窓に対してＯリングでシールすることで、真空容器２ａ内の真空状態が保持されている。

レーザ発振器１から発振されたレーザ光１ａは、複数のミラー１ｃを経て、上記集光レンズを通して真空容器２ａ内に入射した後、ターゲット２ｂに集光照射される。レーザ発振器１としては、例えばＣＯ_２レーザやＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。

レーザ光１ａは、イオン化したい物質を含むターゲット２ｂに照射される。通常、ターゲット２ｂ上でのレーザエネルギー密度を高めるために、レーザ光１ａは上記集光レンズを用いてターゲット２ｂ上に集光される。ターゲット２ｂにレーザ光１ａが照射されると、レーザアブレーションプラズマ２ｃが発生する。このレーザアブレーションプラズマ２ｃには、ターゲット２ｂに含まれる物質のイオンが含まれる。イオンの価数比は、上記レーザエネルギー密度に依存し、レーザエネルギー密度が高くなると、価数の高いイオンが増加する。

レーザアブレーションプラズマ２ｃは、後段の線型加速器１０のＲＦＱ３へ輸送され、加速して引出される。具体的には、レーザアブレーションプラズマ２ｃは、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅの真空管内におけるイオンビーム引出し部としての輸送管２ｄを通り、この輸送管２ｄとＲＦＱ３との間の電位差により加速引き出しされる。

そのため、例えばＲＦＱ３本体を接地電位とする場合、ターゲット２ｂ、レーザアブレーションプラズマ２ｃ、及び輸送管２ｄは、正電位である必要がある。その際、例えば、レーザイオン源２の真空容器２ａ全体に正電圧を印加し、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅの一部を絶縁物としてＲＦＱ３に対して絶縁状態を確保する。そのため、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅ内においては、輸送管２ｄをイオン源−ＲＦＱ接続部２ｅの内壁に対して絶縁距離をとってＲＦＱ３側に延ばす構成が考えられる。

また、図示しないが、ターゲット２ｂ、レーザアブレーションプラズマ２ｃ、輸送管２ｄを真空排気用の開口部を設けた一体の容器に収納し、これらをレーザイオン源２の真空容器２ａ内において電気的に絶縁状態とする構成も考えられる。

輸送管２ｄから加速引き出しされたイオン３ａは、後段の線形加速器、例えばＲＦＱ３からＲＦＱ−ＤＴＬ接続部３ｂを介して、ＤＴＬ４で加速され、ビーム輸送系４ａを介して輸送されて、シンクロトロン４０等への入射イオンビームとして利用される。ＲＦＱ３へ入射するイオン３ａには、レーザアブレーションプラズマ２ｃに含まれている種類、価数のイオンを含む。この場合、ＲＦＱ３で設計した種類、価数のイオンのみを選択的に加速輸送することができるため、必要とするイオンのみのビームとなる。

本実施形態のレーザ発振器１は、レーザ電源１ｂから印加される電圧で発振するレーザエネルギーが制御されている。このレーザエネルギーは、制御装置６により制御可能である。

図２に示すように、レーザ発振器１から発振されたレーザ光１ａは、複数のミラー１ｃを経てレーザイオン源２の真空容器２ａ内に入射される。発生するイオンの価数比はレーザエネルギー密度に依存するため、レーザ光１ａのエネルギー、パルス構造を管理する必要がある。

また、レーザは、フラッシュランプ等の消耗品が経時劣化するため徐々にエネルギーが低下し、結果としてイオンの価数比が変化し、必要とするイオンの電流値が変化することとなる。

そのため、本実施形態では、レーザ光路内に、レーザのパワーメータ等から構成されるエネルギー測定器７が設置されている。このエネルギー測定器７には、エアシリンダ等の駆動機構７ａが取り付けられている。

エネルギー測定器７は、通常運転時にはレーザ光路外に退避して設置され、測定時のみレーザ光路内に進入して配置される。エネルギー測定器７は、例えばエアシリンダ等の駆動機構７ａを駆動することにより、レーザ光路に設置する際の位置再現性を確保して、進退可能な構成とする。また、エネルギー測定器７を駆動する手段としてバネやモータ等を用い、レーザ光路に対して上下、左右、斜めに駆動する機構としてもよい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

例えば、運転開始時、運転終了時、又は定期的に駆動機構７ａを駆動してエネルギー測定器７をレーザ光路内に設置する。このエネルギー測定器７でレーザエネルギーを測定し、その結果を制御装置６に出力する。制御装置６では、例えばレーザエネルギーとＱスイッチタイミング、レーザエネルギーとアンプディレイタイミング等のデータテーブルを有している。経時変化によりレーザエネルギーが低下した際、制御装置６は上記データテーブルに基づいて補正するための信号をレーザ電源１ｂに出力する。レーザ電源１ｂは、上記補正するための信号に基づいてレーザ発振器１に印加される電圧が制御される。これにより、レーザ発振器１から発振されるレーザエネルギーが制御される。

また、レーザのパルス構造は、例えばミラー１ｃの透過光をフォトダイオード８で測定し、制御装置６でモニタする。フォトダイオード８は、ミラー１ｃの透過光を入射していることからレーザ光に対して非破壊であるため、常時モニタとしても使用可能である。レーザエネルギーを示す信号が大きく変化した場合、異常信号としてレーザ光１ａをレーザイオン源２に入射しないようシャッター（図示なし）を起動させるか、あるいは他の測定装置と組み合わせて異常個所等を診断することも可能である。

次に、本実施形態におけるレーザイオン源の制御装置６の動作について説明する。図３は運転開始時にエネルギー測定器７をレーザ光路内に設置して、レーザエネルギーを測定する処理を示している。

図３において、まず運転を開始した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）は、駆動機構７ａを駆動することにより、エネルギー測定器７をレーザ光路内に設置する（ステップＳ２）。そして、エネルギー測定器７によりレーザ発振器１から発振されたレーザ光１ａのレーザエネルギーを測定する（ステップＳ３）。

次いで、ステップＳ４では、レーザエネルギーが所定値以下に低下したか否かを判定する。レーザエネルギーが所定値以下に低下しない場合には、ステップＳ１に戻る。

レーザエネルギーが所定値以下に低下した場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、図示しない出力部により警報ブザーで放音するか、あるいは警報ランプを点灯させるように警報出力する。また、レーザ光１ａをレーザイオン源２に入射しないように上記シャッターを起動させる（ステップＳ６）。さらに、レーザエネルギーが所定値以下に低下した場合には、異常時であるため、制御装置６はレーザ電源１ｂに停止信号を出力するようにしてもよい。

また、制御装置６は、上記データテーブルに基づいて補正するための信号をレーザ電源１ｂに出力する（ステップＳ７）。この補正するための信号によってレーザ電源１ｂからレーザ発振器１に印加される電圧が制御される（ステップＳ８）。これにより、レーザ発振器１から発振されるレーザエネルギーが制御される。

次いで、ステップＳ９では、レーザエネルギーが所定値になったか否かを判定する。レーザエネルギーが所定値にならない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）には、ステップＳ８に戻り、レーザエネルギーが所定値になるまでレーザ電源１ｂの電圧が制御される。

レーザエネルギーが所定値になった場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、駆動機構７ａを駆動することにより、エネルギー測定器７をレーザ光路内から退避させる。そして、定常運転を開始する（ステップＳ１１）。このような一連の工程を経て運転開始時にレーザエネルギーの測定処理が実行される。

なお、レーザエネルギーの測定処理は、運転開始時に限らず、運転終了時、又は定期的に実行するようにしてもよい。運転終了時のレーザエネルギーの測定処理は、図３のステップＳ１が運転終了の判定処理に代わり、ステップＳ１１の定常運転開始処理が省略される。また、定期的なレーザエネルギーの測定処理は、運転開始時と同様の処理が実行される。

このように本実施形態によれば、運転開始時、運転終了時、又は定期的にレーザ光１ａのレーザエネルギーを測定し、そのレーザエネルギーが所定値になるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御することにより、レーザエネルギーの経時変化を補正し、安定したイオンを引き出して加速し、安定したイオンビームを供給することが可能になる。

なお、本実施形態では、レーザエネルギーが所定値になるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御するようにしたが、これに限らず所定の範囲内になるようにすればよい。

この所定の範囲とは、レーザ光１ａをターゲット２ｂ上に照射したとき、ターゲット２ｂ上においてレーザエネルギー密度が高くなり過ぎず、かつレーザアブレーションプラズマ２ｃに含まれるイオン３ａの価数が高いものの比率を低減させないような範囲である。

（レーザイオン源の第２実施形態）
図４は本発明に係るレーザイオン源の第２実施形態の構成を示す概略断面図である。なお、以下の各実施形態では、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態に記載されたイオン源の構成に加えて、レーザイオン源２で発生するプラズマ電流を測定するプラズマ電流測定器としてのイオン検出器５と、引き出し後のイオンビーム電流を測定するイオンビーム電流測定器としてのイオン検出器１５を設けている。

具体的には、図４に示すように、運転開始時、運転終了時、又は定期的にイオン検出器５は、ターゲット２ｂ上にレーザ光１ａを照射することによって発生したレーザアブレーションプラズマ２ｃのプラズマ電流を測定する。また、運転開始時、運転終了時、又は定期的にイオン検出器１５は、輸送管２ｄのビーム下流側において加速引き出しされたイオンビーム電流を測定する。

イオン検出器５，１５は、ファラデーカップや平板電極等のように電流を検出可能な電流検出器であればよい。なお、ファラデーカップを用いる場合は、イオン検出器５本体より低い電位を持たせてプラズマ中の電子を除去するようにしてもよい。

イオン検出器５，１５は、駆動機構５ａ，１５ａを備えている。この駆動機構５ａ，１５ａは、真空容器２ａの外部から操作可能である。イオン検出器５は、レーザアブレーションプラズマ２ｃに対して進退可能に駆動する。イオン検出器１５は、ビーム軸上に対して進退可能に駆動する。駆動機構５ａ，１５ａには、例えば直線導入機、回転導入機、エアシリンダ等が用いられる。イオン検出器１５及び駆動機構１５ａは、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅに設置するスペースがない場合、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅの一部を伸縮可能なベローズ構造として、必要な場合に輸送管２ｄを上流側に引き出して測定することも可能である。

レーザアブレーションプラズマ２ｃのプラズマ電流を測定するに際し、イオン検出器５が利用されるレーザアブレーションプラズマ２ｃに干渉する場合は、駆動機構５ａを駆動して干渉するのを回避する。なお、イオン検出器５は、レーザアブレーションプラズマ２ｃに干渉しなければ、ビーム軸から外れた位置に据え置きしても構わない。

また、本実施形態では、イオン源−ＲＦＱ接続部２ｅにプラズマ電流測定器としてのカレントトランス（ＣＴ）９が取り付けられている。このカレントトランス９は、電流値が変化する際の磁場変化を検知する電流モニタである。本実施形態は、カレントトランス９を配置するイオン源−ＲＦＱ接続部２ｅの一部を絶縁物としている。

カレントトランス９は、イオン検出器５，１５のように駆動機構５ａ，１５ａを設ける必要がなくなり、リアルタイムでプラズマ電流を測定することが可能となる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

イオン検出器５，１５及びカレントトランス９の検出結果を示す検出信号は、制御装置６に出力される。制御装置６は、検出信号が常時モニタ信号の場合、プラズマ・イオン信号の経時変化をモニタすることができる。また、検出信号に大きな変化があった場合は、これを異常信号として前記第１実施形態と同様にレーザ光１ａをレーザイオン源２に入射しないよう図示しないシャッターを起動させるか、あるいは他構成要素、例えば高圧電源、線形加速器等へのインターロック信号を出力することも可能である。また、他の測定装置と組み合わせて異常を診断することも可能である。

さらに、ビーム軸上でのプラズマ電流、イオンビーム電流を測定する場合には、例えば、運転開始時、運転終了時、又は定期的にエネルギー測定器７をビーム軸上に設置し、その結果を制御装置６に出力する。制御装置６では、例えばレーザエネルギーとＱスイッチタイミング、レーザエネルギーとアンプディレイタイミング等のデータテーブルを有している。レーザエネルギーが低下した際、制御装置６は上記データテーブルに基づいて補正するための信号をレーザ電源１ｂに出力する。レーザ電源１ｂは、上記補正するための信号によってレーザ発振器１に印加される電圧が制御される。これにより、レーザ発振器１から発振されるレーザエネルギーが制御される。

このように本実施形態によれば、運転開始時、運転終了時、又は定期的にレーザアブレーションプラズマ２ｃのプラズマ電流、イオン３ａのイオンビーム電流を測定し、そのプラズマ電流、イオンビーム電流が所定値となるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御することにより、一段と安定したイオンを引き出して加速し、安定したイオンビームを供給することが可能になる。

なお、本実施形態では、プラズマ電流、イオンビーム電流が所定値になるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御するようにしたが、これに限らず所定の範囲内になるようにすればよい。

ここで、プラズマ電流、イオンビーム電流を所定の範囲内になるように制御することにより、レーザ光１ａをターゲット２ｂ上に照射したとき、ターゲット２ｂ上においてレーザエネルギー密度が高くなり過ぎず、かつレーザアブレーションプラズマ２ｃに含まれるイオン３ａの価数が高いものの比率を低減させることがなくなる。

（イオン加速器の一実施形態）
図５は本発明に係るイオン加速器の一実施形態を示す概略断面図である。

図５に示すように、本実施形態は、前記レーザイオン源の第１実施形態に記載されたイオン源の構成に加えて、ＲＦＱ−ＤＴＬ接続部３ｂ及びビーム輸送系４ａにそれぞれイオンビーム電流測定器としてのイオン検出器１５が設置されている。

これらのイオン検出器１５は、ファラデーカップや平板電極、カレントトランス等のように電流を検出可能な電流検出器であればよい。イオン検出器１５は、駆動機構１５ａを備えている。この駆動機構１５ａには、例えば直線導入機、回転導入機、エアシリンダ等が用いられる。

したがって、本実施形態において、ＲＦＱ３の下流側でのビームは、必要とされる種類及び価数のイオンのみとなっていることから、上記照射装置で利用するイオンビームの状態により近いイオンビーム電流の情報を得ることが可能である。イオン検出器１５により測定された測定結果を制御装置６に出力する。この制御装置６では、モニタし、例えばレーザエネルギーの測定結果等を示す他の情報と合わせて、レーザエネルギーとＱスイッチタイミング、レーザエネルギーとアンプディレイタイミング等のデータテーブルに基づいてレーザエネルギーを補正するための信号をレーザ電源１ｂに出力する。レーザ電源１ｂは、上記補正するための信号に基づいてレーザ発振器１に印加される電圧が制御される。これにより、レーザ発振器１から発振されるレーザエネルギーが制御される。

このように本実施形態によれば、定期的にイオンビーム電流を測定し、そのイオンビーム電流が所定値となるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御することにより、前記レーザイオン源の第１実施形態と同様に、レーザエネルギーの経時変化を補正し、異常時の停止信号を得ることができ、安定したイオン引き出して加速し、安定したイオンビームを供給することが可能になる。

また、本実施形態によれば、ＲＦＱ−ＤＴＬ接続部３ｂ及びビーム輸送系４ａにそれぞれイオン検出器１５を設置したことにより、仮に一方のイオン検出器１５が故障したとしても、他方のイオン検出器１５でイオンビーム電流を測定することが可能となるため、信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態では、イオンビーム電流が所定値になるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御するようにしたが、これに限らず所定の範囲内になるようにすればよい。

（その他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

なお、上記第１実施形態では、レーザ光１ａの光路内にエネルギー測定器７を進退可能に１つ設置した例について説明したが、これに限らずエネルギー測定器７を複数設置し、これらいずれかのエネルギー測定器７により測定されたレーザエネルギーを示す信号を制御装置６に出力するようにしてもよい。

これにより、１つのエネルギー測定器７が故障していた場合でも、他のエネルギー測定器７によりレーザエネルギーを測定することが可能となる。その結果、レーザイオン源２の信頼性を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、レーザエネルギーが所定値になるように制御装置６でレーザ電源１ｂの電圧を制御するようにしたが、これに限らず所定の範囲内になるようにすればよい。

１…レーザ発振器、１ａ…レーザ光、１ｂ…レーザ電源、１ｃ…ミラー、２…レーザイオン源、２ａ…真空容器、２ｂ…ターゲット、２ｃ…レーザアブレーションプラズマ、２ｄ…輸送管（イオンビーム引出し部）、２ｅ…イオン源−ＲＦＱ接続部、３…ＲＦＱ、３ａ…イオン、３ｂ…ＲＦＱ−ＤＴＬ接続部、４…ＤＴＬ、４ａ…ビーム輸送系、５…イオン検出器（プラズマ電流測定器）、５ａ…駆動機構、６…制御装置、７…エネルギー測定器、７ａ…駆動機構、８…フォトダイオード、９…カレントトランス、１０…線形加速器、１５…イオン検出器（イオンビーム電流測定器）、１５ａ…駆動機構、３０ａ…Ｘ軸用電磁石（照射装置）、３０ｂ…Ｙ軸用電磁石（照射装置）、３１…真空ダクト（照射装置）、３５…取出し機器、４０…シンクロトロン、５０…線量モニタ部（照射装置）、６０…リッジフィルタ（照射装置）、７０…レンジシフタ（照射装置）、８０…コントローラ（照射装置）、２０１…患部、３００…重粒子線治療装置

Claims (8)

1. レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、
   前記レーザ光を入射する真空容器と、
   前記真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、
   前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、
   前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とするレーザイオン源。
2. 前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
   前記イオンビーム軸上のプラズマ電流を測定するプラズマ電流測定器と、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記プラズマ電流が所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザイオン源。
3. 前記プラズマ電流測定器は電流検出部を有し、この電流検出部を前記イオンビーム軸上に対して進退可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載のレーザイオン源。
4. 前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
   前記真空容器外に引き出した後のイオンビーム電流を測定するイオンビーム電流測定器と、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記イオンビーム電流が所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザイオン源。
5. 前記イオンビーム電流測定器は電流検出部を有し、この電流検出部を前記イオンビーム軸上に対して進退可能に構成したことを特徴とする請求項４に記載のレーザイオン源。
6. レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、
   前記レーザ光を入射する真空容器と、
   前記真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、
   前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、
   前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、を有するレーザイオン源と、
   前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
   前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、
   前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、
   を備えることを特徴とするイオン加速器。
7. 前記真空容器外に引き出した後のイオンビーム電流を測定するイオンビーム電流測定器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記イオンビーム電流が所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御することを特徴とする請求項６に記載のイオン加速器。
8. レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器に電圧を印加するレーザ電源と、
   前記レーザ光を入射する真空容器と、
   真空容器内に配置され、前記レーザ光が照射されてイオンを発生するターゲットと、
   前記レーザ光の光路内に進退可能に設置可能であり、前記レーザ光のレーザエネルギーを測定するエネルギー測定器と、
   前記レーザエネルギーが所定の範囲内になるように前記レーザ電源の電圧を制御する制御装置と、を有するレーザイオン源と、
   前記真空容器からイオンを静電的に引き出し、イオンビームとして前記真空容器外に引き出すイオンビーム引出し部と、
   前記イオンビーム引出し部から引き出されたイオンビームを加速する線型加速器と、
   前記線型加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、
   前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、
   前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射装置と、
   を備えることを特徴とする重粒子線治療装置。

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