JP2024057808A - 加速器及び粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的で良好なビームの取り出しが可能な加速器を提供する。【解決手段】主電磁石Ａ１０１は、互いに対向して配置される複数の主磁極Ｍ２０２に挟まれた空間に主磁場を印加する。ＲＦキッカＭ２０４は、主磁場が印加されている主磁場領域を周回するビームを主磁場領域の外側に変位させる。ビームを取り出すための出射チャネル磁場を生成する。キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、出射チャネルＭ２０７よりも内周側に設けられ、出射チャネルがつくる擾乱磁場と逆極性を有するキャンセル磁場を生成する。【選択図】図３

Description

本開示は、加速器及び粒子線治療装置に関する。

陽子又は炭素イオンなどの荷電粒子を加速したイオンビームを腫瘍に照射する粒子線治療装置が知られている。荷電粒子を加速する加速器は、イオン源又は電子銃から引き出されたイオンビームを、電場及び磁場を用いて軌道制御しつつ、治療に必要なエネルギーになるまで加速する。粒子線治療装置向けの代表的な加速器としては、数１００ＭｅＶオーダのエネルギーを有するビームを得ることが可能なサイクロトロン、シンクロサイクロトロン及びシンクロトロンなどがある。

サイクロトロン及びシンクロサイクロトロンは、静磁場によって円形に周回運動させたビームに対して、ビームの周回周期と同期させた高周波電場を印加することで、ビームを加速する。高周波電場によってビームがエネルギーを得るほど、ビームの周回軌道半径が大きくなる。そして、ビームは、最高エネルギーに到達した後に最外周の周回軌道から出射される。このため、取り出すことが可能なビームのエネルギーは単一であるという問題がある。

一方、シンクロトロンは、ビームを偏向する磁場の強度及び加速電場の周期を時間的に変化させることにより、ビームの周回軌道半径を一定に保ちながら加速する加速器である。シンクロトロンでは、周回軌道半径が一定、つまり、異なるエネルギーを有するビームが同じ周回軌道上で加速されるため、出射するビームのエネルギーを可変とする可変エネルギー出射が可能となる。

また、特許文献１には、静磁場を用いつつ、可変エネルギー出射を可能とする軌道偏芯加速器が開示されている。

特許文献２では、共鳴磁場を用いてビームを出射する共鳴出射において課題となる、出射チャネル磁場による共鳴磁場への擾乱を低減する技術が開示されている。

非特許文献１では、特許文献２と異なる擾乱の低減方法として、サイクロトロン型加速器のリジェネレータ磁場による主磁場領域の第１高調波成分の擾乱磁場を補正する方法が記載されている。

非特許文献２には、特許文献１に記載されている軌道偏芯加速器において、偏芯したビーム軌道配置を実現する際に要求される磁場分布を生成する目的で、主磁極の形状を最適化する技術が記載されている。

特開２０２０－３８７９７号広報 特許６６１２３０７号

"Fast Computation of magnetic shimming ina high field environment", W.Kleeven, European Cyclotron Progress Meeting (2012). "軌道偏芯加速器における磁極形状設計手法の開発", 西田賢人、堀知新、青木孝道、羽江隆光, Proceedings of the 17-th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (2020).

本開示の目的は、効率的で良好なビームの取り出しが可能な加速器及び粒子線治療装置を提供することにある。

本開示の一態様に従う加速器は、主磁場及び加速用高周波電場によって、イオンビームを周回させながら加速する加速器であって、互いに対向して配置される複数の主磁極に挟まれた空間に前記主磁場を印加させる主磁場発生装置と、前記主磁場が印加されている主磁場領域を周回するイオンビームを前記主磁場領域の外側に変位させるビーム変位装置と、前記外側に移動されたイオンビームを取り出すための出射チャネル磁場を生成する出射チャネル磁場発生装置と、前記出射チャネル磁場発生装置よりも内周側に設けられ、前記出射チャネル磁場と逆極性を有するキャンセル磁場を生成するキャンセル磁場発生装置と、を有する。

本発明によれば、効率的で良好なビームの取り出しが可能となる。

本開示の実施例１に係る粒子線治療システムを示す図である。 加速器の構成例を示す構成図である 主電磁石の垂直平面に沿った縦断面図である。 出射チャネルの一例を示す概観図である。 共鳴磁場領域にて生成される共鳴磁場を用いた共鳴によるビームの出射を説明するための図である。 出射チャネル磁場及びキャンセル磁場の一例を示す図である。 本開示の実施例１に係るキャンセル磁場発生装置の構造例を示す図である。 本開示の実施例２に係るキャンセル磁場発生装置の一例を示す図である。 本開示の実施例２に係るキャンセル磁場発生装置の他の例を示す図である。 本開示の実施例３に係るキャンセル磁場発生装置の配置例を示す図である。 本開示の実施例３に係るキャンセル磁場発生装置の構造例を示す図である。

以下、本開示の実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本開示の実施例１に係る粒子線治療システムを示す図である。図１に示す粒子線治療システムは、治療対象となる患者に対して粒子線であるイオンビーム（以下、単にビームと称することもある）を照射する粒子線治療を行うための粒子線治療装置である。粒子線治療システムは、ビームを加速して出射する加速器Ａ１００と、加速器Ａ１００から出射されたビームを輸送するビーム輸送系Ａ１１０と、ビーム輸送系Ａ１１０にて輸送されたビームを患者Ａ１３１に照射するための治療室Ａ１３０と、加速器Ａ１００及びビーム輸送系Ａ１１０を制御するための制御装置Ａ１４０とを有する。

加速器Ａ１００は、粒子線治療に使用するエネルギー帯のビームを生成して出射する装置である。加速器Ａ１００は、ビームとなるイオンを注入するイオン源システムＡ１０２と、イオン源システムＡ１０２からのイオンをビームとして内部で加速する主電磁石Ａ１０１と、主電磁石Ａ１０１にて加速されたビームを外部に取り出して出射する出口である出射口Ａ１０３とを備える。

イオン源システムＡ１０２は、例えば、冷陰極を用いた内部イオン源、又は、高周波源を用いた外部イオン源などである。本実施例では、イオン源システムＡ１０２は、外部イオン源であり、図１に示すように主電磁石Ａ１０１に取り付けられる。なお、イオン源システムＡ１０２が内部イオン源の場合、イオン源システムＡ１０２の本体となる冷陰極電極が主電磁石Ａ１０１の内部に取り付けられ、さらにガス導入経路及び電源と接続される。また、イオンの種類は特に限定されず、例えば、陽子又は炭素イオンなどである。

主電磁石Ａ１０１は、ビームを周回させるための主磁場を生成する。主磁場は、所定の平衡軌道でビームを周回させるために印加する磁場分布である。主電磁石Ａ１０１は、具体的には、略上下対称に形成され、内部にビームを周回させながら加速するための加速空間を備える。主電磁石Ａ１０１は、加速空間に対してイオン源システムＡ１０２から注入されたイオンに主磁場を作用させることでローレンツ力を与えて、イオンを円形軌道で周回させることでビームとして形成する。ビームは、主電磁石Ａ１０１内に生成される高周波電場によって所望のエネルギーまで加速され、出射口Ａ１０３を介して、加速器Ａ１００の外部に取り出される。イオンの入射（注入）、ビームの加速及び出射に関する一連の機器動作は、制御装置Ａ１４０にて制御される。

ビーム輸送系Ａ１１０は、加速器Ａ１００から出射されたビームを治療室Ａ１３０まで輸送する。ビーム輸送系Ａ１１０は、エネルギーごとに異なる特性のビームを包括的に取り扱い、各ビームのビームエミッタンス及びエネルギーの変動を補正しながら、ビームを輸送する。ビーム輸送系Ａ１１０は、ビームが通過するビームパイプＡ１１１、Ａ１１７、Ａ１１９及びＡ１２２と、ビームの進行方向を調整するための偏向電磁石Ａ１１２、Ａ１１５、Ａ１１８及びＡ１２０と、ビーム形状を制御するための収束電磁石Ａ１１３、Ａ１１４、Ａ１１６及びＡ１２３とを含む。

ビームパイプＡ１１１、Ａ１１７、Ａ１１９及びＡ１２２の内部は、ビームが中性ガスと衝突して損失しないように、イオンポンプ又はターボ分子ポンプなどのような真空ポンプＡ１２４を用いて真空排気される。偏向電磁石Ａ１１２、Ａ１１５、Ａ１１８及びＡ１２０は、ビームがビームパイプＡ１１１、Ａ１１７、Ａ１１９及びＡ１２２に沿って進行するように配置される。収束電磁石Ａ１１３、Ａ１１４、Ａ１１６及びＡ１２３は、収束又は発散作用によって、ビームのエミッタンス及びエネルギーが調整できるように構成される。偏向電磁石Ａ１１２、Ａ１１５、Ａ１１８及びＡ１２０と収束電磁石Ａ１１３、Ａ１１４、Ａ１１６及びＡ１２３とは、制御装置Ａ１４０にて制御される。なお、図１では、ビーム輸送系Ａ１１０は、一つの加速器Ａ１００から一つの治療室Ａ１３０にビームを輸送しているが、一つの加速器Ａ１００から複数の治療室Ａ１３０にビームを輸送してもよい。

治療室Ａ１３０は、患者Ａ１３１を固定するための寝台Ａ１３２と、ビーム輸送系Ａ１１０にて輸送されたビームを患者Ａ１３１に照射する照射装置Ａ１３３及びＡ１３４を備える。

照射装置Ａ１３３及びＡ１３４は、ビーム輸送系Ａ１１０にて輸送されたビームの形状及びエネルギー分布を治療に適するように変更する機能を有する。照射装置Ａ１３３及びＡ１３４は、例えば、ビームの不要な部分を削ぎ落とすためのコリメータ、ビームのエネルギー分布を拡げることにより腫瘍に対して深さ方向に照射範囲を広げるリッジフィルタ、ビームが到達する位置を微調整するレンジシフタ、及び、ビームの照射線量及びビームプロファイルを監視するための各種モニタなどを配置する構成としてもよい。また、照射装置Ａ１３３及びＡ１３４は、ビームを所望の位置に照射するための照射機構を有する。照射機構は、例えば、回転可能なガントリーを用いて治療対象に対して任意の角度からビームを照射可能にする構成、及び、ビームを偏向する走査電磁石を設ける構成としてもよい。

図２は、加速器Ａ１００の構成例を示す構成図であり、加速器Ａ１００の上下方向の幾何中心面である中央平面に沿った横断面図である。なお、本実施例では、加速器Ａ１００は、共鳴磁場を用いてビーム出射する加速器であり、以下では、軌道偏芯型の円形加速器を例とに説明する。

加速器A１００は、ビームが加速の際に通過する主磁場は、周方向に対称性を有しておらず、互いに異なるエネルギーを有する各ビームのビーム軌道が互いに偏芯した円軌道の集合を成すように設計された加速器である。軌道偏芯型の加速器A１００では、互いに異なるエネルギーを有する各ビームのビーム軌道が互いに近接した軌道集約部を形成し、出射対象となるエネルギーを有する全てのビームが軌道集約部近傍の狭小な空間を通過することとなる。このため、その狭小な空間に対してビーム出射用の電場及び磁場を作用させることで、可変エネルギー出射が可能となる。なお、加速器A１００は静磁場を用いるため、磁場強度の時間的変化が不要であり、主電磁石に超伝導コイルを用いて強磁場化することにより、小型化が可能である。

加速器A１００は、可変エネルギー出射を可能とする可変エネルギー出射機構として、変位部、共鳴磁場領域及びセプタム電磁石を備える。変位部及び共鳴磁場領域は、ビーム変位装置を構成する。なお、セプタム電磁石は、コイルを用いずに強磁性体のみで構成される場合、出射チャネルと呼ばれることが多い。

変位部は、偏芯した軌道上を周回しているビームに対して、水平方向（電磁石の径方向）の摂動を与え、共鳴させることにより、ビーム軌道を主磁場領域の外側へと引き出す役割をもつ。水平方向の摂動は、ＲＦキッカによって与えられ、摂動を受けたビームは、平衡軌道からみて径方向外周側を走行し、共鳴磁場の影響を受ける。共鳴磁場は、少なくとも４極磁場成分を含む高次磁場であり、径方向外周側に向かって主磁場を弱める方向の磁場勾配を有するピーラ磁場と、径方向外周側に向かって主磁場を強める方向の磁場勾配を有するリジェネレータ磁場とを含む。これらの磁場は、最大出射エネルギー軌道の外周側に、所定の方位角領域にわたって形成される。また、ビーム進行方向に対して、上流側にピーラ磁場領域が配置され、下流側にリジェネレータ磁場領域が配置される。これら２つをまとめて共鳴磁場領域と呼ぶ。ビームは、ピーラ磁場領域を通過することで外周側にキックされ、リジェネレータ磁場領域を通過することで内周側にキックされる。ピーラ磁場領域及びリジェネレータ磁場は、チューンが略１となるように調整されており、さらに径方向外周側に向かって強度が強くなるような磁場勾配を有する。このため、ビームは、１周毎に徐々に径方向外周側へ移動していき、ピーラ・リジェネレータ磁場領域の影響をより強く受け、キック量が徐々に増加する共鳴状態となる。そして、１周毎にビームが通過する径方向位置の差であるターンセパレーションが一定値以上となると、ビームは次段の出射用磁場を生成するセプタム電磁石の影響を受けるようになる。セプタム電磁石は、ビームを周回させる主磁場と逆極性の出射チャネル磁場を発生させて、ビームを主磁場の影響下から離れた出射軌道へ偏向するために用いられる。セプタム電磁石が影響する軌道領域へ侵入したビームは、出射チャネル磁場によって出射軌道へ偏向され、出射軌道を通って加速器の外部へ出射される。

加速器Ａ１００は、上述したように、ビームを内部に閉じ込めるための主磁場を発生させる主電磁石Ａ１０１を備える。主電磁石Ａ１０１は、継鉄Ｍ２０１と、主磁極Ｍ２０２と、コイルＭ２０３と、取出し高周波印加装置であるＲＦ（Radio Frequency）キッカＭ２０４と、共鳴磁場領域であるピーラ磁場領域Ｍ２０５及びリジェネレータ磁場領域Ｍ２０６と、出射チャネルＭ２０７とを含む。継鉄Ｍ２０１、主磁極Ｍ２０２及びコイルＭ２０３は、主磁場を発生させる主磁場発生装置の主な構成である。

継鉄Ｍ２０１及び主磁極Ｍ２０２は、それぞれ互いに対向するように上下一対設けられる。主磁極Ｍ２０２は継鉄Ｍ２０１の内周部に設けられ、継鉄Ｍ２０１及び主磁極Ｍ２０２は、主電磁石Ａ１０１の外殻を構成する。継鉄Ｍ２０１及び主磁極Ｍ２０２は、コイルＭ２０３及び出射チャネルＭ２０７などを支持する支持部材としても用いられる。主電磁石Ａ１０１の内部（より具体的には、上下一対の主磁極Ｍ２０２の間）には、ビームが周回するための空間である加速空間が形成され、主磁極Ｍ２０２は、加速空間にビームを周回させるための主磁場を印加する。主磁場は、周方向に対称性を有しておらず、互いに異なるエネルギーを有する各ビームのビーム軌道が互いに偏芯した円軌道の集合を成すように設計される。加速空間は、ビームと中性粒子との衝突による損失を抑制するために、真空排気される。なお、継鉄Ｍ２０１及び主磁極Ｍ２０２は、中央面に対して略上下対称に形成されており、この場合、ビームが走行する走行面は、加速器Ａ１００の中央面と略一致する。

継鉄Ｍ２０１には、ビームを外部に取り出すための出射口Ａ１０３が挿入される出射口用貫通孔Ｍ２０８が形成されている。また、主電磁石Ａ１０１の内部には、ビームを加速するための加速用高周波電場を生成する加速電極Ｍ２１０が配置され、加速電極Ｍ２１０は、主電磁石Ａ１０１の外部に設けられた周波数変調用の回転コンデンサＭ２１１と接続される。加速用高周波電場は、ビームの周回周期と同期した高周波電場を印加することで、ビームにエネルギーを与える電場である。回転コンデンサＭ２１１は、対抗する電極の実効的な面積を回転によって変化させることが可能な対抗電極を有し、回転コンデンサ駆動用動力機Ｍ２１２を用いて当該面積が変化されることで静電容量が変化する。回転コンデンサＭ２１１の静電容量が変化すると、加速電極Ｍ２１０の共振周波数が変更され、それにより、ビームエネルギーに応じて加速用高周波電場の周波数変調が可能となる。加速電極Ｍ２１０と回転コンデンサＭ２１１は継鉄Ｍ２０１に形成された加速電極用貫通孔Ｍ２０９を介して接続される。なお、継鉄Ｍ２０１には、出射口用貫通孔Ｍ２０８及び加速電極用貫通孔Ｍ２０９とは別に、必要に応じて貫通孔が形成されてもよい。例えば、継鉄Ｍ２０１には、ビームをモニタするための貫通孔が設けられてもよい。

コイルＭ２０３は、一対の超電導コイルであり、各超電導コイルは、上下方向の幾何中心断面である中央平面Ｍ２３３（図３参照）に対して略面対称に配置され、継鉄Ｍ２０１の内周に沿って設けられる。

また、図２では、主電磁石Ａ１０１の幾何中心位置Ｍ２３１と、イオンの入射位置Ｍ２３２とが示されている。幾何中心位置Ｍ２３１は、例えば、継鉄Ｍ２０１及びコイルＭ２０３が略周方向対称の場合、それらの中心位置となる。入射位置Ｍ２３２は、幾何中心位置Ｍ２３１からずれた位置であり、ビームが周回する周回軌道の中心に対応する。また、図２では、加速器Ａ１００の出射対象となる最低エネルギーのビームが周回するビーム周回軌道Ｍ２２１と、加速器Ａ１００の出射対象となる最高エネルギーのビームが周回するビーム周回軌道Ｍ２２２とが示されている。最低エネルギーは、例えば、７０ＭｅＶ、最高エネルギーは、例えば、２３０ＭｅＶなどである。

ＲＦキッカＭ２０４は、出射対象の全てのエネルギーのビームに対して、ビームを出射するための出射用高周波電場を印加することで、主磁場が印加された主磁場領域を周回するビームを外側に変位させる変位部である。主磁場領域は、高周波電場によりビームを所定のエネルギーへと加速する際に、ビームが通過する領域であり、各エネルギーの平衡軌道の集合である。

ピーラ磁場領域Ｍ２０５及びリジェネレータ磁場領域Ｍ２０６は、ＲＦキッカＭ２０４にて主磁場領域の外側に変位されたビームに共鳴を与える共鳴磁場が形成される共鳴磁場領域を構成する。共鳴磁場領域は、主磁場領域の外周部（具体的には、最高エネルギーのビーム周回軌道Ｍ２２２よりも外周側）に、所定の方位角領域に配置される。ピーラ磁場領域Ｍ２０５は、ビーム進行方向に対して、リジェネレータ磁場領域Ｍ２０６よりも上流側に配置される。ピーラ磁場領域Ｍ２０５には、径方向外周側に向かって主磁場を弱める方向の磁場勾配を有するピーラ磁場が形成され、リジェネレータ磁場領域Ｍ２０６には、径方向外周側に向かって主磁場を強める方向の磁場勾配を有するリジェネレータ磁場が形成される。ピーラ磁場は、ビームに対して径方向外側に移動させるように作用し、リジェネレータ磁場は、ビームに対して径方向内側に移動させるように作用する。

出射チャネルＭ２０７は、ビームを径方向の外部に取り出すための出射チャネル磁場を生成する装置である。出射チャネル磁場は、具体的には、所定のエネルギーまで加速されたビームを、主磁場の影響を受けない領域まで、分離する際に用いる磁場である。加速されたビームが、安定に出射口まで輸送されるように適度な二極磁場成分と四極磁場成分をもつように設定される。出射チャネル磁場発生装置は、前記出射チャネル磁場を発生させる装置である。取出しビームの進行方向に対して、共鳴磁場領域の下流側に配置し、二極磁場成分により、取出しビームの出射軌道を調整しつつ、四極磁場成分により、取出しビームに適度な収束・発散を与えて、安定にビームを取り出す。本実施例の出射チャネルＭ２０７は、径方向位置がピーラ磁場領域Ｍ２０５及びリジェネレータ磁場領域Ｍ２０６よりもさらに外周側となるように配置される。また、出射チャネルＭ２０７は、ビームの進行方向に対してピーラ磁場領域Ｍ２０５よりも下流側に配置される。

図３は、主電磁石Ａ１０１の垂直平面に沿った縦断面図であり、より具体的には、図２における中央平面Ｍ２３３から紙面下方向（方位角が－９０°の方向）に延びる垂直平面に沿った縦断面図である。

図３では、継鉄Ｍ２０１、主磁極Ｍ２０２、コイルＭ２０３及び出射チャネルＭ２０７と、後述するキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４とが模式的に示されている。また、主電磁石Ａ１０１の、上下方向の幾何中心面である中央平面Ｍ２３３と、中央平面Ｍ２３３に対して垂直な方向を向いた主電磁石Ａ１０１の軸方向Ｍ２３４とが示されている。図３では、ビームが加速される加速領域は径方向の内周側、ビームが加速領域から外れて出射されるまでの出射軌道領域は径方向外周側に存在している。

出射チャネルＭ２０７は、上下一対の１つ以上の磁性材料を有して形成され、略軸方向Ｍ２３４に発生している主磁場を弱める機能を有する。図３の例では、出射チャネルＭ２０７は、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａと、出射チャネル調整部Ｍ２０７ｂとを有する。

出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａは、中央平面Ｍ２３３から上下対称に略上下方向に延びた磁性材料にて形成され、径方向の内外に関して隔壁となるように配置される隔壁部である。出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａは磁性材料にて形成されているため、透磁率が周囲より十分高い。このため、付近の磁束が出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａに吸い寄せられ、磁束を吸い寄せられた径方向内外に隣接する領域の磁束密度が低下する。これにより、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａの近傍で主磁場を急激に低下させることが可能となり、ビームを主磁場から引き離すことができる。

出射チャネル調整部Ｍ２０７ｂは、中央平面Ｍ２３３を挟んで上下対称に配置された１対の磁性材料にて形成され、ビームを、収束及び発散を制御しつつ出射口Ａ１０３まで導く機能を有する。

出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａ及び出射チャネル調整部Ｍ２０７ｂの位置及び形状が調整されることで、ビームの所望の到達位置及び形状などが実現される出射チャネル磁場が生成される。

図４は、出射チャネルＭ２０７の一例を示す概観図である。

図４に示すように、ビームが進行するビーム進行方向における出射チャネルＭ２０７の形状は、略垂直方向の断面形状を出射軌道のビーム進行方向に沿って引きのばした形状である。ビームの出射軌道は、ビームが周回軌道から外れてから出射されるまでの軌道であり、出射軌道のビーム進行方向は、周回軌道Ｍ２３５に対して、主電磁石Ａ１０１の中心から見て外周側へ広がるように設定される。出射チャネルＭ２０７の上記形状により、ビームが進行するほど、主磁場の中心から徐々に引き離される。出射チャネルＭ２０７にてビームが外周側へ移動するほど、主磁場の磁場強度が下がるため、強い磁場勾配によってビームは水平方向の発散を受ける。水平方向の発散が過大である場合、上下一対の出射チャネル調整部Ｍ２０７ｂが出射軌道内に作る磁場を用いてビームを補正する。このため、ビーム進行方向の各位置で、出射チャネルＭ２０７は異なる断面形状を有することとなり、出射軌道におけるビームの進行に応じた磁場分布が生成される。

図５は、共鳴磁場領域に形成される共鳴磁場を用いたビームの共鳴出射を説明するための図である。

図５に示すように共鳴磁場領域であるピーラ磁場領域Ｍ２０５及びリジェネレータ磁場領域Ｍ２０６は、ビーム周回軌道Ｍ２２１及びＭ２２２よりも径方向外側に存在する。このため、ＲＦキッカＭ２０４が動作しない状態では、ビームは、共鳴磁場の影響を受けない。ＲＦキッカＭ２０４が動作し、ＲＦキッカＭ２０４にて生成される取出し用高周波電場がビームに印加すると、ビームの軌道が水平方向に変位して、ビームが共鳴磁場領域を通過するようになる。これにより、ビームは、ビーム軌道Ｍ２２１ａ及びＭ２２２ａで示すように、ビーム周回軌道Ｍ２２１及びＭ２２２よりも外側に到達する。そして、ビームは、出射チャネルＭ２０７の出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａ（図３参照）よりも外周側に到達すると、主磁場から切り離され、出射軌道Ｍ２２３に沿って出射口Ａ１０３まで導かれる。

このとき、ビームのエネルギーが低いほど、ビームは内側の周回軌道を通るため、ビームが出射チャネルＭ２０７の入り口に到達するためには、より多くの軌道変位が必要となる。一方、低エネルギービームは高エネルギービームよりも運動量が小さいため、同じ磁場強度におけるキック量は小さくなる。このため、低エネルギービームは高エネルギービームよりもビームの出射条件を満たすことが難しく、低エネルギービームの出射効率が低下する。低エネルギービームの出射効率を向上させるためには、出射チャネルＭ２０７を最低エネルギーのビーム周回軌道Ｍ２２１に近づけることで、必要な軌道変位の量が小さくされればよい。

しかしながら、出射チャネルＭ２０７を最低エネルギーのビーム周回軌道Ｍ２２１に近づけると、出射チャネルＭ２０７によって中央平面Ｍ２３３上の径方向内周側に形成される擾乱磁場が大きくなる。特に、出射チャネルＭ２０７が図３に示した出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａを有する場合、出射チャネルＭ２０７を形成する磁性材料からピーラ磁場領域Ｍ２０５までの距離が近くなるため、出射チャネルＭ２０７によって、ピーラ磁場領域Ｍ２０５には高強度の擾乱磁場が生成される。この擾乱磁場は、ピーラ磁場を乱し、共鳴中のビーム挙動はピーラ磁場の影響を非常に受けやすい。このため、ピーラ磁場領域Ｍ２０５に高強度の擾乱磁場が生成されると、ピーラ磁場が所望の磁場分布からずれてしまい、良好なビームの取り出しが困難になる。

これに対して本実施例では、出射チャネルＭ２０７がピーラ磁場領域Ｍ２０５に生成する高強度の擾乱磁場を打ち消すために、加速器Ａ１００は、図３に示したようにキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を備える。

キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、出射チャネルM２０７がピーラ部共鳴磁場領域に生成する擾乱磁場を打ち消すためのキャンセル磁場を生成する装置である。キャンセル磁場は、出射チャネルがピーラ部共鳴磁場両機に生成する擾乱磁場とは、逆極性となる。

キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、キャンセル磁場を生成するための磁場を発生させる装置であり、強磁性体、コイル、永久磁石のいずれか、又はこれらの組み合わせで構成することができる。本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４が、鉄などの強磁性材料で構成される例を用いて説明する。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、中央平面Ｍ２３３に対して面対称に複数配置される。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、上下方向から見てピーラ磁場領域Ｍ２０５と重なるように配置される。この配置により、出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場を精度よく打ち消すことができる。

図６は、出射チャネルによる擾乱磁場（実線）及びキャンセル磁場（点線）の一例を示す図である。なお、図６では、縦軸は磁場強度、横軸は中央平面Ｍ２３３上の径方向の位置を示す。横軸は、より具体的には、図２に示す主電磁石Ａ１０１の幾何中心位置Ｍ２３１から紙面下方向（方位角が－９０°の方向）に沿った径方向の位置を示す。図６において、左方向が主電磁石Ａ１０１の外周側、右方向が主電磁石Ａ１０１の内周側であり、ビームは内周側から、加速領域、共鳴磁場領域、出射軌道領域の順に移動して加速器Ａ１００の外部に取り出される。

共鳴領域と出射軌道領域との境界には、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａが設けられている。出射軌道領域の磁場分布は、図６に示すように、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａの近傍で強い主磁場と逆極性の出射チャネル磁場が形成されており、これによりビームは主磁場から切り離される。しかしながら、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａの内周側の共鳴領域にも、同様の強い逆極性の出射チャネル磁場が生成され、これがビームの共鳴状態を乱す擾乱磁場となる。図６に示すような、共鳴領域の出射チャネル磁場を打消すようなキャンセル磁場が生成されれば、ビームの良好な共鳴状態を得ることができる。

キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、図３の例では、不図示の非磁性体により主電磁石Ａ１０１などに支持され、上下一対の主磁極Ｍ２０２間の空隙に配置されている。これにより、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４をビームが走行する領域の近傍に設置することができる。ただし、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、この構成に限らず、主磁極Ｍ２０２と接するように配置されてもよい。ただし、主磁極Ｍ２０２とキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４とを一体形成する場合、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４と中央平面Ｍ２３３とが離れるため、中央平面Ｍ２３３におけるキャンセル磁場の単位体積当たりの磁場強度が小さくなる。これを補うため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を形成する磁性体（強磁性材料）が増加されると、主磁極Ｍ２０２の表面の凹凸が激しくなり、主磁極Ｍ２０２の加工が難しくなる恐れがある。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４間が離れると、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４がピーラ磁場を生成する生成範囲が広くなるため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４が主磁場領域など別領域に対する擾乱磁場の要因となる恐れもある。特にビーム軌道の軌道集約部の近傍には、通常、ビーム出射用の機器及びビームモニタ用の機器などが設けられるために、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４からの磁気的な干渉が大きくなる恐れもある。したがって、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、少ない量の磁性体で十分な効果が得られるように、中央平面Ｍ２３３の近傍に配置されることが望ましい。

図７は、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の構造例を示す図である。図７では、中央平面Ｍ２３３を挟んで上下一対に配置されるキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４のうちの片側のみが示されている。また、図７（ａ）は、中央平面Ｍ２３３とは逆側から見た平面図であり、図７（ｂ）は、図３の右側から見た平面図であり、図７（ｃ）は、図３に対して垂直な方向からみた平面図であり、図７（ｄ）は、中央平面Ｍ２３３側から見た斜視図である。

キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、図４に示したピーラ磁場領域Ｍ２０５に沿って湾曲した形状を有し、擾乱磁場を打ち消す対象となる領域（ピーラ磁場領域Ｍ２０５の少なくとも一部）を挟むように配置される。キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状（各位置の厚みなど）は、出射チャネルＭ２０７がピーラ磁場領域Ｍ２０５に形成する擾乱磁場の強度分布に応じて定められる。例えば、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の厚みは、周方向及び径方向の両方向に沿って変化し、所望のピーラ磁場が得られるように設計される。

キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状を決定するための方法としては、例えば、数値計算と形状変更とを繰り返す反復的な手法が挙げられる。この手法では、各位置での出射チャネルがつくる磁場及びキャンセル磁場が数値計算にて計算され、出射チャネルによる擾乱磁場が打ち消されるようにキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状が調整される。出射チャネルがつくる磁場及びキャンセル磁場の数値計算には、有限要素解析又は非特許文献１に記載の技術が用いられてもよい。有限要素解析を用いる場合、計算時間の長大化を抑制するために、主電磁石Ａ１０１、出射チャネルＭ２０７及びキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４がそれぞれ略軸対称であると仮定されてもよい。この場合、本仮定を用いてキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状を決定した後に、非軸対称であることを考慮してキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状が補正されてもよい。

なお、非特許文献２には、主電磁石Ａ１０１における主磁極Ｍ２０２の形状を変形することで、所望の磁場分布を生成する方法が記載されている。この方法では、先ず、測定又は計算にて得られた軌道偏芯加速器の主電磁石が生成している磁場分布と、目標とする磁場分布との差分が計算され、次に、主電磁石の主磁極表面に磁性材料を付加又は除去することにより、上記の差分が取り除かれる。具体的には、主磁極表面に付加又は除去する磁性材料の最適な配置を最小二乗法による逆解析により算出し、その配置を数値計算モデルなどに反映することで、軌道偏芯加速器のような非一様な磁場分布を生成する主電磁石形状が算出される。本実施例のキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状の決定時には、この方法が併用されてもよい。例えば、有限要素解析などを用いてキャンセル磁場発生装置形状の概形を擾乱磁場が概ね打ち消されるように決定された後で、非特許文献２に記載の方法を用いて主磁極Ｍ２０２の形状の最適化を実施することで、擾乱磁場をより低減することができる。また、非特許文献２に示されている方法が、本実施例のキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状の決定に直接適用されてもよい。

なお、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状が変更されると、出射チャネルＭ２０７及び主電磁石Ａ１０１にて形成される磁場の磁場分布も変更され、さらに出射チャネルＭ２０７の形状が変更されると、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４にて形成される磁場の磁場分布が変更される。したがって、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の形状の決定には反復的な処理が必要となることが多い。

図３の例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、ビームが走行する領域の近傍に設置されているため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の影響は、配置位置に対して高い感度を有している。このため、加速器Ａ１００は、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を設計された位置に正確に配置するための治具、又は、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の位置の微調整が可能な位置調整機構を有してもよい。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、ＲＦキッカＭ２０４又は出射チャネルＭ２０７などと一体でもよい。特に、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４が出射チャネルＭ２０７と一体の場合、主電磁石Ａ１０１の外部で出射チャネルＭ２０７との相対位置が調整された後で、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を出射チャネルＭ２０７と共に主電磁石Ａ１０１に取り付けることができる。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、主電磁石Ａ１０１の主磁極Ｍ２０２に固定されてもよい。また、いずれにしても、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４には、主電磁石Ａ１０１からの大きな吸引力が発生するため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、非磁性体であり、かつ高強度の材料を用いて固定される。上記の治具又は位置調整機構には、例えば、ステンレス又は炭素繊維強化プラスチックなどの材料が用いられてもよい。

軌道偏芯型の円形加速器では、低エネルギーのビームは、高エネルギーのビームよりも内側を周回している。また、ピーラ磁場によるビームの周回軌道からの変位量は、ビームのエネルギーが低いほど小さい。このため、ビームのエネルギーが低いほど、ビーム取出しが難しくなる。低エネルギービームの効率的な取出しのためには、出射チャネルM２０７をビーム軌道の軌道集約部に近接して配置する必要がある。しかしながら、出射チャネルM２０７を軌道集約部に近接させると、出射チャネルM２０７が生成する擾乱磁場により、ピーラ磁場が乱されてしまい、良好なビームの取り出しができなくなる。

本実施例にて説明した構成をとれば、出射チャネルＭ２０７の内周側に設けたキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４により、出射チャネルM２０７がピーラ部に生成した擾乱磁場を、それとは逆極性を有するキャンセル磁場にて打ち消すことが可能である。これにより、出射チャネルＭ２０７をピーラ部に近づけた際の、ピーラ磁場への擾乱を軽減することができる。したがって、効率的で良好なビームの取り出しが可能になる。

また、本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、ピーラ磁場領域Ｍ２０５と重なるように設けられる。このため、ビームの挙動に影響を与えやすいピーラ磁場領域２０５に生成された出射チャネルがつくる擾乱磁場をより適切に打ち消すことが可能となる。

また、本実施例では、ピーラ磁場領域２０５への影響が大きい出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａが存在する場合でも、出射チャネル磁場を打ち消すことが可能になるため、効率的で良好なビームの取り出しが可能になる。

また、本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は主磁極Ｍ２０２から離れた位置に配置されるため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を中央平面Ｍ２３３に近い位置に配置することが可能となる。このため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４による周辺の影響を軽減させることが可能となる。

また、本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、鉄などの強磁性体にて形成されているため、高強度の擾乱磁場を比較的小体積で打ち消すことが可能である。

また、本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４は、共鳴磁場領域に生じる擾乱磁場の磁場分布に応じて定められるため、擾乱磁場を適切に打ち消すことが可能になる。

また、本実施例では、ビーム変位装置は、外側に変位されたビームに擾乱を与えて、ビームを径方向外側に移動させるピーラ磁場を生成する。このため、より良好なビームの取り出しが可能になる。

また、本実施例では、ビーム変位装置は、外側に変位されたビームに擾乱を与えて、ビームを内側に移動させるリジェネレータ磁場を生成し、ビーム進行方向に対して、上流側にピーラ磁場を生成し、下流側にリジェネレータ磁場を生成する。このため、より良好なビームの取り引き出しが可能になる。

本実施例は、加速器Ａ１００が強磁性材料にて形成されたキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の代わりに、永久磁石にて形成されたキャンセル磁場発生装置を有する点で実施例１とは異なる。以下では、主に実施例１とは異なる構成について説明する。

図８は、本実施例に係るキャンセル磁場発生装置の一例を示す図であり、中央平面Ｍ２３３付近における主電磁石Ａ１０１の垂直平面に沿った縦断面を模式的に示している。

図８に示すように永久磁石で形成されたキャンセル磁場発生装置Ｍ２４１は、ビームの走行領域を挟むように中央平面Ｍ２３３に対して面対称に複数（図では、一対）配置される。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４１は、主電磁石Ａ１０１にて生成される磁場と同極性、つまり、出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場とは逆極性を有するように配置される。これにより、本実施例でも、実施例１と同様に出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場を、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４１によるキャンセル磁場にて軽減することが可能となる。

なお、現状、永久磁石の残留磁化は最大でも１テスラ程度であり、強磁性材料の飽和磁化（鉄の場合、２テスラ程度）と比べて弱い。このため、主電磁石Ａ１０１が高い磁場強度（例えば、２テスラ以上）を有する場合、擾乱磁場を適切に打ち消すためには、キャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の体積が大きくなる恐れがある。また、ネオジム磁石又はフェライト磁石などの永久磁石は、温度によって磁性が変化するため、調整時及び運用時に、磁場の安定性に対する配慮が必要となる。また、永久磁石の中には、破損しやすく加工性が低い材料があるため、形状を緻密に加工する必要があるキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４には使用しにくいものもある。このため、実施例１のようにキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を強磁性材料で形成する方が簡便ではある。

図９は、永久磁石にて形成されたキャンセル磁場発生装置の別の例を示す図である。

図９に示すキャンセル磁場発生装置Ｍ２４２は、図８に示したキャンセル磁場発生装置Ｍ２４１のような中央平面Ｍ２３３を挟んで分離した１対の永久磁石にて形成されるものとは異なり、一体形成されて出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａに取り付けられる。キャンセル磁場発生装置Ｍ２４２は、出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場とは逆極性を有するように配置される。具体的には、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４２は、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａが有する磁気モーメントと逆の磁気モーメントを備えるように配置される。この場合でも、出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場を、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４１によるキャンセル磁場にて軽減することが可能となる

なお、図９の例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４２が出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａに近いため、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４２により径方向外周側の出射チャネル磁場も低減され、ビームを出射軌道まで偏向することが難しくなる恐れがある。このため、十分なビームの偏向が得られるように出射チャネルＭ２０７及びキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を設計することが必要である。また、出射チャネル隔壁部Ｍ２０７ａにキャンセル磁場発生装置Ｍ２４２分の厚みが加わるため、より大きなターンセパレーションが必要となる。これにより、実質的には、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４２分の厚み分だけ、出射チャネルＭ２０７の入口を遠ざける必要があるため、ビームの出射効率の低減を招く恐れがある。したがって、実施例１のように、強磁性材料で形成したキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４を用いる方が簡便である。

以上説明したように本実施例のように永久磁石にて形成されたキャンセル磁場発生装置Ｍ２４１及びＭ２４２を用いても、キャンセル磁場発生装置Ｍ２４１によるキャンセル磁場にて軽減することが可能となるため、出射対象となる全てのエネルギーに対して、効率的で良好なビームの取り出しが可能となる。

本実施例は、加速器Ａ１００が強磁性材料にて形成されたキャンセル磁場発生装置Ｍ２１４の代わりに、コイルにて形成されたキャンセル磁場発生装置を有する点で実施例１とは異なる。

図１０は、本実施例に係るキャンセル磁場発生装置の一例を示す図であり、中央平面Ｍ２３３付近における主電磁石Ａ１０１の垂直平面に沿った縦断面を模式的に示している。

図１０に示すキャンセル磁場発生装置Ｍ２５０は、芯部Ｍ２５１とピーラ磁場生成用コイルＭ２５２とを含む。芯部Ｍ２５１は、鉄のような強磁性体で形成されてたものでもよいし、電気絶縁性を有する樹脂などで形成されたコイルボビンなどでもよい。ピーラ磁場生成用コイルＭ２５２は、芯部Ｍ２５１の周りに巻かれるコイルである。

また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０は、ビームの走行領域を挟むように中央平面Ｍ２３３に対して面対称に複数（図では、一対）配置される。また、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０は、主電磁石Ａ１０１にて生成される磁場と同極性、つまり、出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場とは逆極性を有するように配置及び制御される。なお、ピーラ磁場生成用コイルＭ２５２の制御（例えば、供給する電流の調整）は、例えば、制御装置Ａ１４０にて行われる。これにより、本実施例でも、実施例１と同様に出射チャネルＭ２０７が生成する擾乱磁場を、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０によるキャンセル磁場にて軽減することが可能となる。

出射チャネルＭ２０７がピーラ磁場領域に生成する磁場強度は、２テスラ程度の主電磁石の場合、数１００ミリテスラ程度である。数１００ミリテスラの磁場をコイルのみで生成するためには、大容量電源、ホローコンダクタ及びフィードスルーなどが必要となるため、キャンセル磁場を生成する装置の大型化を招く恐れがある。このため、本実施例では、芯部Ｍ２５１にピーラ磁場生成用コイルＭ２５２を巻くことで、キャンセル磁場が調整される。この場合、ピーラ磁場生成用コイルＭ２５２に供給する電流を変化させることで、キャンセル磁場を調整することが可能になる。つまり、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０を用いることで、例えば、加速器Ａ１００の運転中にビームの出射能力を調整することが可能になる。このため、ビームの調整に必要な期間を短縮化したり、メンテナンス時に主電磁石を分解した後の擾乱磁場の混入によるビーム出射効率の低下を吸収したりすることが可能となる。

図１１は、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０の一例を示す図である。図１１では、中央平面Ｍ２３３を挟んで上下一対に配置されるキャンセル磁場発生装置Ｍ２５０のうちの片側のみが示されている。また、図１１（ａ）は、中央平面Ｍ２３３とは逆側から見た平面図であり、図１１（ｂ）は、図１０の右側から見た平面図であり、図１１（ｃ）は、図３に対して垂直な方向からみた平面図であり、図１１（ｄ）は、中央平面Ｍ２３３側から見た斜視図である。

図１１に示したようにキャンセル磁場発生装置Ｍ２５０の芯部Ｍ２５１はピーラ磁場領域Ｍ２０５に沿って湾曲した形状を有する。また、ピーラ磁場生成用コイルＭ２５２は、中央平面Ｍ２３３に略垂直な方向を軸として時計回り又は反時計回りに芯部Ｍ２５１対して巻かれている。

以上説明したように本実施例では、キャンセル磁場発生装置Ｍ２５０がコイルで形成されているため、加速器Ａ１００の運転中にビームの出射能力を調整することが可能になるため、効率的で良好なビームを取り出すための調整を容易にすることが可能になる。

上述した本開示の各実施例は、本開示の説明のための例示であり、本開示の範囲をそれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本開示の範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で本開示を実施することができる。

Ａ１００：加速器 Ａ１０１：主電磁石 Ａ１０２：イオン源システム Ａ１０３：出射口 Ａ１１０：ビーム輸送系 Ａ１３３：照射装置 Ａ１４０：制御装置 Ｍ２０１：継鉄 Ｍ２０２：主磁極 Ｍ２０３：コイル Ｍ２０４：ＲＦキッカ Ｍ２０５：ピーラ磁場領域 Ｍ２０６：リジェネレータ磁場領域 Ｍ２０７：出射チャネル Ｍ２０７ａ：出射チャネル隔壁部 Ｍ２０７ｂ：出射チャネル調整部 Ｍ２０８：出射口用貫通孔 Ｍ２０９：加速電極用貫通孔 Ｍ２１０：加速電極 Ｍ２１１：回転コンデンサ Ｍ２１２：回転コンデンサ駆動用動力機 Ｍ２１４、Ｍ２４１、Ｍ２４２、Ｍ２５０：キャンセル磁場発生装置Ｍ２５１：芯部 Ｍ２５２：ピーラ磁場生成用コイル

Claims (14)

1. 主磁場及び加速用高周波電場によって、イオンビームを周回させながら加速する加速器であって、
   互いに対向して配置される複数の主磁極に挟まれた空間に前記主磁場を印加する主磁場発生装置と、
   前記主磁場が印加されている主磁場領域を周回するイオンビームを前記主磁場領域の外側に変位させるビーム変位装置と、
   前記外側に移動されたイオンビームを取り出すための出射チャネル磁場を生成する出射チャネル磁場発生装置と、
   前記出射チャネル磁場発生装置よりも内周側に設けられ、前記出射チャネル磁場と逆極性を有するキャンセル磁場を生成するキャンセル磁場発生装置と、を備える加速器。
2. 前記出射チャネル磁場発生装置は、
   前記主磁場領域の外周部であって、前記主磁場領域の外側に変位されたイオンビームに擾乱を与えて、前記イオンビームを外側に移動させるピーラ磁場が生成されるピーラ磁場領域の外周部に設ける、請求項1に記載の加速器。
3. 前記キャンセル磁場発生装置は、前記ピーラ磁場領域上に設けられる、請求項２に記載の加速器。
4. 前記出射チャネル磁場発生装置は、前記イオンビームが走行する走行面を通り、当該走行面とは略直交する方向に延びる隔壁部を有する、請求項１に記載の加速器。
5. 前記キャンセル磁場発生装置は、前記イオンビームが走行する走行面に対して面対称に複数配置される、請求項１に記載の加速器。
6. 前記キャンセル磁場発生装置は、前記空間において、前記イオンビームが走行する走行面に対して直交する軸方向に前記主磁極から離れた位置に配置される、請求項１に記載の加速器。
7. 前記キャンセル磁場発生装置は、強磁性体、永久磁石又はコイルである、請求項１に記載の加速器。
8. 前記キャンセル磁場発生装置は、強磁性体であり、
   前記強磁性体は、鉄である、請求項７に記載の加速器。
9. 前記キャンセル磁場発生装置は、コイルであり、
   前記コイルに供給する電流を調整する制御装置をさらに有する、請求項７に記載の加速器。
10. 前記キャンセル磁場発生装置は、永久磁石であり、
    前記永久磁石は、前記隔壁部に取り付けられる、請求項４に記載の加速器。
11. 前記キャンセル磁場発生装置の形状は、前記ピーラ磁場領域に生じる前記出射チャネル磁場の磁場分布に応じて定められる、請求項２に記載の加速器。
12. 前記ビーム変位装置は、
    前記主磁場領域の外周部であって、前記主磁場領域の外側に変位されたイオンビームに擾乱を与えて、前記イオンビームを外側に移動させるピーラ磁場を生成することを特徴とする、請求項１に記載の加速器。
13. 前記ビーム変位装置は、
    前記主磁場領域の外周部であって、前記主磁場領域の外側に変位されたイオンビームに擾乱を与えて、前記イオンビームを内側に移動させるリジェネレータ磁場を生成し、
    ビーム進行方向に対して、上流側に前記ピーラ磁場を生成し、下流側に前記リジェネレータ磁場を生成する、請求項１２に記載の加速器。
14. 主磁場及び加速用高周波電場によって、イオンビームを周回させながら加速する加速器と、
    前記加速器から取り出されたイオンビームを照射する照射装置とを備え、
    前記加速器は、
    互いに対向して配置される複数の主磁極に挟まれた空間に前記主磁場を印加する主磁場発生装置と、
    前記主磁場が印加されている主磁場領域を周回するイオンビームを前記主磁場領域の外側に変位させるビーム変位装置と、
    前記外側に移動されたイオンビームを取り出すための出射チャネル磁場を生成する出射チャネル磁場発生装置と、
    前記出射チャネル磁場発生装置よりも内周側に設けられ、前記出射チャネル磁場と逆極性を有するキャンセル磁場を生成するキャンセル磁場発生装置と、を備える粒子線治療装置。

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