JP2856029B2 - 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置 - Google Patents
荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム出射方
法及びその出射装置に係り、特に荷電粒子ビームを加速
・蓄積させる加速器に適用するのに好適な荷電粒子ビー
ム出射方法及びその出射装置に関する。
法及びその出射装置に係り、特に荷電粒子ビームを加速
・蓄積させる加速器に適用するのに好適な荷電粒子ビー
ム出射方法及びその出射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】シンクロトロン等の円形加速器中の荷電
粒子ビームは、設計軌道を中心としてベータトロン振動
をしながら周回している。この際、セパラトリックスと
呼ばれる安定限界が存在し、安定限界内のビームは安定
に周回するが、安定限界を越えたビームは振動振幅が増
加して発散する性質を有する。従来のビーム出射方法で
はベータトロン振動の低次の共鳴が利用されていた。即
ち、４極磁石を用いて、加速器１周当りのベータトロン
振動数を表すチューンを整数±１／２に近付けると同時
に８極磁石を励磁したり（２次共鳴）、チューンを整数
±１／３に近付け６極磁石を励磁する（３次共鳴）こと
が行われていた。特に出射の過程では、実験物理講座28
「加速器」：熊谷寛夫編集，共立出版（株）,p.525に記
載のように、４極磁石の励磁量を制御してチューンを変
化させることによりビームの安定限界を徐々に小さく
し、ベータトロン振動振幅が安定限界を越えた荷電粒子
から順次出射していた。
粒子ビームは、設計軌道を中心としてベータトロン振動
をしながら周回している。この際、セパラトリックスと
呼ばれる安定限界が存在し、安定限界内のビームは安定
に周回するが、安定限界を越えたビームは振動振幅が増
加して発散する性質を有する。従来のビーム出射方法で
はベータトロン振動の低次の共鳴が利用されていた。即
ち、４極磁石を用いて、加速器１周当りのベータトロン
振動数を表すチューンを整数±１／２に近付けると同時
に８極磁石を励磁したり（２次共鳴）、チューンを整数
±１／３に近付け６極磁石を励磁する（３次共鳴）こと
が行われていた。特に出射の過程では、実験物理講座28
「加速器」：熊谷寛夫編集，共立出版（株）,p.525に記
載のように、４極磁石の励磁量を制御してチューンを変
化させることによりビームの安定限界を徐々に小さく
し、ベータトロン振動振幅が安定限界を越えた荷電粒子
から順次出射していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のビーム出射
方法では、出射位置でのビームの軌道勾配が時間的に変
化するので、ビームの出射効率が悪くなる。これを防ぐ
ためには時間的にビームの軌道を制御する必要があり、
制御が複雑になるという問題がある。また、出射ビーム
のエネルギーを変化させる場合には、エネルギー毎に制
御方法を変える必要があり、制御が更に難しくなる問題
があった。
方法では、出射位置でのビームの軌道勾配が時間的に変
化するので、ビームの出射効率が悪くなる。これを防ぐ
ためには時間的にビームの軌道を制御する必要があり、
制御が複雑になるという問題がある。また、出射ビーム
のエネルギーを変化させる場合には、エネルギー毎に制
御方法を変える必要があり、制御が更に難しくなる問題
があった。
【０００４】本発明の目的は、出射する荷電粒子ビーム
のエネルギーが変化しても荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置を
提供することにある。
のエネルギーが変化しても荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明の特徴は、加速器の周回軌道を周回する荷
電粒子ビームを加速した後、前記荷電粒子ビームに高周
波電磁界を印加することにより前記荷電粒子ビームを前
記加速器から出射する荷電粒子ビーム出射方法であっ
て、出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じ
て前記高周波電磁界の周波数を制御することにある。
の第１の発明の特徴は、加速器の周回軌道を周回する荷
電粒子ビームを加速した後、前記荷電粒子ビームに高周
波電磁界を印加することにより前記荷電粒子ビームを前
記加速器から出射する荷電粒子ビーム出射方法であっ
て、出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じ
て前記高周波電磁界の周波数を制御することにある。
【０００６】上記目的を達成するための第２の発明の特
徴は、加速器の周回軌道を周回する荷電粒子ビームを加
速した後、前記周回軌道に設けられた高周波印加装置に
高周波信号を入力して前記周回軌道を周回する荷電粒子
ビームに高周波電磁界を印加し、前記荷電粒子ビームを
前記加速器から出射する荷電粒子ビーム出射方法であっ
て、出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じ
て前記高周波信号の周波数を制御することにある。
徴は、加速器の周回軌道を周回する荷電粒子ビームを加
速した後、前記周回軌道に設けられた高周波印加装置に
高周波信号を入力して前記周回軌道を周回する荷電粒子
ビームに高周波電磁界を印加し、前記荷電粒子ビームを
前記加速器から出射する荷電粒子ビーム出射方法であっ
て、出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じ
て前記高周波信号の周波数を制御することにある。
【０００７】上記目的を達成するための第３の発明の特
徴は、高周波電磁界が設定された幅の前記周波数を有す
ることにある。
徴は、高周波電磁界が設定された幅の前記周波数を有す
ることにある。
【０００８】上記目的を達成するための第４の発明の特
徴は、高周波信号が設定された幅の前記周波数を有する
ことにある。
徴は、高周波信号が設定された幅の前記周波数を有する
ことにある。
【０００９】
【作用】第１発明（または第２発明）によれば、周回軌
道を周回する荷電粒子ビームを加速した後、出射される
荷電粒子ビームのエネルギーに応じて高周波電磁界の周
波数（または高周波信号の周波数）を制御することによ
り、前記エネルギーを有する荷電粒子ビームを出射する
ことができる。このため、出射される荷電粒子ビームの
エネルギーが変化しても、荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる。
道を周回する荷電粒子ビームを加速した後、出射される
荷電粒子ビームのエネルギーに応じて高周波電磁界の周
波数（または高周波信号の周波数）を制御することによ
り、前記エネルギーを有する荷電粒子ビームを出射する
ことができる。このため、出射される荷電粒子ビームの
エネルギーが変化しても、荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる。
【００１０】第３発明（または第４発明）によれば、高
周波電磁界（または高周波信号）が設定された幅の前記
周波数を有するので、荷電粒子ビームの出射に要する電
力を減少でき、投入電力を考慮した荷電粒子ビームの出
射効率を向上できる。
周波電磁界（または高周波信号）が設定された幅の前記
周波数を有するので、荷電粒子ビームの出射に要する電
力を減少でき、投入電力を考慮した荷電粒子ビームの出
射効率を向上できる。
【００１１】以下、図１０を用いて好ましいビーム出射
法である安定限界一定でのビーム出射について説明す
る。同図は、円形加速器の出射器の位置における位相空
間を示す図であり、４極磁石の励磁電流を一定にして、
即ち安定限界を一定にして、高周波電磁場をビームに印
加し、安定限界内の粒子のベータトロン振動振幅を徐々
に増加させ、安定限界を越えた粒子を共鳴により出射す
る。横軸はビームの粒子の位置ｘを、縦軸は軌道の勾配
ｄｘ／ｄｓ（ｓは周回方向距離）を表す。破線が安定限
界で、破線内の閉じた太い実線は安定に周回中のビーム
の軌跡を示している。安定限界を越えた粒子は、共鳴に
より振動振幅が増加し、出射器電極の間から出射される
が、安定限界を一定にすることによって出射ビームの軌
道勾配が一定となるので、高い効率でビームを出射でき
る。
法である安定限界一定でのビーム出射について説明す
る。同図は、円形加速器の出射器の位置における位相空
間を示す図であり、４極磁石の励磁電流を一定にして、
即ち安定限界を一定にして、高周波電磁場をビームに印
加し、安定限界内の粒子のベータトロン振動振幅を徐々
に増加させ、安定限界を越えた粒子を共鳴により出射す
る。横軸はビームの粒子の位置ｘを、縦軸は軌道の勾配
ｄｘ／ｄｓ（ｓは周回方向距離）を表す。破線が安定限
界で、破線内の閉じた太い実線は安定に周回中のビーム
の軌跡を示している。安定限界を越えた粒子は、共鳴に
より振動振幅が増加し、出射器電極の間から出射される
が、安定限界を一定にすることによって出射ビームの軌
道勾配が一定となるので、高い効率でビームを出射でき
る。
【００１２】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明を医療用装置に適用した第１の実施例
を示す図である。本実施例の医療用装置は、加速器室20
内に設置される機器と、照射室９内に設置される機器
と、制御室21内に設置される機器とで構成される。加速
器室20内において、前段加速器１は荷電粒子ビームを発
生し、入射器２によりビームをシンクロトロンに入射さ
せる。シンクロトロンは、ビームを偏向する偏向磁石３
と、ビームを収束又は発散させる４極磁石４と、ビーム
を加速する加速空胴５と、ビームを出射する出射器６
と、ビームのベータトロン振動振幅を増加させる電極７
とで構成される。加速空胴５によりビームの進行方向に
電場を発生させ、この電場でビームを所望のエネルギー
まで加速した後、電極７によりビームに高周波電磁場を
印加してベータトロン振動振幅を増加させ、出射器６か
ら徐々にビームを出射して照射室９にいる患者19の患部
に照射する。患者19の照射治療の際は、照射室９に設置
したモニターカメラなどを用いて患者19の様子を見なが
ら、照射治療を行なうことが安全上も有効となる。
る。図１は本発明を医療用装置に適用した第１の実施例
を示す図である。本実施例の医療用装置は、加速器室20
内に設置される機器と、照射室９内に設置される機器
と、制御室21内に設置される機器とで構成される。加速
器室20内において、前段加速器１は荷電粒子ビームを発
生し、入射器２によりビームをシンクロトロンに入射さ
せる。シンクロトロンは、ビームを偏向する偏向磁石３
と、ビームを収束又は発散させる４極磁石４と、ビーム
を加速する加速空胴５と、ビームを出射する出射器６
と、ビームのベータトロン振動振幅を増加させる電極７
とで構成される。加速空胴５によりビームの進行方向に
電場を発生させ、この電場でビームを所望のエネルギー
まで加速した後、電極７によりビームに高周波電磁場を
印加してベータトロン振動振幅を増加させ、出射器６か
ら徐々にビームを出射して照射室９にいる患者19の患部
に照射する。患者19の照射治療の際は、照射室９に設置
したモニターカメラなどを用いて患者19の様子を見なが
ら、照射治療を行なうことが安全上も有効となる。
【００１３】次に、図２のフローチャートを用いて、図
１の装置によるビームの出射方法を説明する。まず、制
御装置10に、出射ビームのエネルギー、エネルギー幅、
加速器の動作点（チューン）、及び患者に照射するビー
ムの線量をデータとして入力する（図２の100,101,102,
103)。ここで、チューンとはシンクロトロン１周当りの
ビームのベータトロン振動数である。次に、入力データ
が正しいかどうかをチェックして（図２の104)、正しい
場合はこれらのデータに基づいて、高周波信号発生装置
11に出射に必要な周波数成分を有する高周波信号15を発
生させる（図２の105)。入力データが正しくない場合
は、データを再入力する。高周波信号15は、アンプ等の
ゲインコントローラ13により電極７に印加すべき振幅に
調整され（図２の107)、高周波電圧16として電極７に印
加される（図２の108)。
１の装置によるビームの出射方法を説明する。まず、制
御装置10に、出射ビームのエネルギー、エネルギー幅、
加速器の動作点（チューン）、及び患者に照射するビー
ムの線量をデータとして入力する（図２の100,101,102,
103)。ここで、チューンとはシンクロトロン１周当りの
ビームのベータトロン振動数である。次に、入力データ
が正しいかどうかをチェックして（図２の104)、正しい
場合はこれらのデータに基づいて、高周波信号発生装置
11に出射に必要な周波数成分を有する高周波信号15を発
生させる（図２の105)。入力データが正しくない場合
は、データを再入力する。高周波信号15は、アンプ等の
ゲインコントローラ13により電極７に印加すべき振幅に
調整され（図２の107)、高周波電圧16として電極７に印
加される（図２の108)。
【００１４】これと同時に、照射室９では放射線モニタ
ー８で照射線量を測定し（図２の110)、比較器12は、放
射線モニター８から出力される照射線量の測定値17と、
制御装置10から出力される照射線量の設定値14ｂとを比
較し、測定値17が設定値14ｂとなるように、ゲインコン
トローラ13にゲインコントロール信号18を出力し、電極
７に印加する高周波電圧16の振幅を制御する（図２の11
1,107,108)。最後に、患者19へのビーム照射が終了かど
うかチェックし（図２の109)、終了であればビーム出射
を終了し、照射が終了でなければ再度ゲインコントロー
ル107 以下を繰返す。このようにして、電極７から周回
中のビームに高周波電磁場を印加することにより、ビー
ムのベータトロン振動振幅を増加させることができるの
で、ビームの安定限界を一定にしたまま同じ軌道勾配で
ビームを効率良く出射することができる。
ー８で照射線量を測定し（図２の110)、比較器12は、放
射線モニター８から出力される照射線量の測定値17と、
制御装置10から出力される照射線量の設定値14ｂとを比
較し、測定値17が設定値14ｂとなるように、ゲインコン
トローラ13にゲインコントロール信号18を出力し、電極
７に印加する高周波電圧16の振幅を制御する（図２の11
1,107,108)。最後に、患者19へのビーム照射が終了かど
うかチェックし（図２の109)、終了であればビーム出射
を終了し、照射が終了でなければ再度ゲインコントロー
ル107 以下を繰返す。このようにして、電極７から周回
中のビームに高周波電磁場を印加することにより、ビー
ムのベータトロン振動振幅を増加させることができるの
で、ビームの安定限界を一定にしたまま同じ軌道勾配で
ビームを効率良く出射することができる。
【００１５】尚、図１の実施例ではビームに高周波電磁
場を印加する手段として電極７を用いたが、電極７の替
わりに加速空胴５と同じものを用いてこれに前記の高周
波電圧16を印加したり、又は、電極７の替わりに高速応
答性を有する電磁石を用いてこれに前記の高周波成分を
有する高周波電流を流しても、同様の効果が得られる。
次に、高周波信号発生装置11について詳しく説明す
る。初めに、出射に用いる高周波信号について説明す
る。図３は、出射に必要な理想的な高周波信号の周波数
スペクトルを示す。シンクロトロン中のビームは設計軌
道の周囲をベータトロン振動をしながら周回しており、
加速器１周当りのベータトロン振動数を表わすチューン
は幅を持つので、出射に用いる高周波信号はチューンの
幅を含む周波数帯域が必要となる。即ち、ビームの周回
周波数をfrev、チューンの最小値及び最大値の小数部を
νmin及びνmaxとすると、必要となる高周波信号の中心
周波数f0及び周波数幅Δf は次式で与えられる。
場を印加する手段として電極７を用いたが、電極７の替
わりに加速空胴５と同じものを用いてこれに前記の高周
波電圧16を印加したり、又は、電極７の替わりに高速応
答性を有する電磁石を用いてこれに前記の高周波成分を
有する高周波電流を流しても、同様の効果が得られる。
次に、高周波信号発生装置11について詳しく説明す
る。初めに、出射に用いる高周波信号について説明す
る。図３は、出射に必要な理想的な高周波信号の周波数
スペクトルを示す。シンクロトロン中のビームは設計軌
道の周囲をベータトロン振動をしながら周回しており、
加速器１周当りのベータトロン振動数を表わすチューン
は幅を持つので、出射に用いる高周波信号はチューンの
幅を含む周波数帯域が必要となる。即ち、ビームの周回
周波数をfrev、チューンの最小値及び最大値の小数部を
νmin及びνmaxとすると、必要となる高周波信号の中心
周波数f0及び周波数幅Δf は次式で与えられる。
【００１６】
【数１】 f0 ＝ frev・(νmax＋νmin )／２ ……（数１）
【００１７】
【数２】 Δf ＝ frev・(νmax−νmin ) ……（数２） また、周回周波数frevはビームのエネルギーＥを用いて
次式で表せる。
次式で表せる。
【００１８】
【数３】 frev ＝ ｃ{１−(ｍ0・ｃ2／Ｅ)2 }0・5／Ｌ ……（数３） ここで、ｃは光速、ｍ0は荷電粒子の静止質量、Ｌはビー
ムの軌道長さである。
ムの軌道長さである。
【００１９】従って、ビームのエネルギーＥとチューン
の最小値，最大値（νmin，νmax）が与えられれば、数
１〜数３を用いて出射に必要な高周波信号の中心周波数
f0及び周波数幅Δf を求めることができる。また、ビー
ムのエネルギーＥ，エネルギー幅ΔＥ，及びチューンの
中心値ν0 が与えられても、次式を用いて中心周波数f0
及び周波数幅Δf を求めることができる。
の最小値，最大値（νmin，νmax）が与えられれば、数
１〜数３を用いて出射に必要な高周波信号の中心周波数
f0及び周波数幅Δf を求めることができる。また、ビー
ムのエネルギーＥ，エネルギー幅ΔＥ，及びチューンの
中心値ν0 が与えられても、次式を用いて中心周波数f0
及び周波数幅Δf を求めることができる。
【００２０】
【数４】 f0 ＝ ν0・Ｇ(Ｅ) ……（数４）
【００２１】
【数５】 Δf ＝ ν0・{Ｇ(Ｅ＋ΔＥ/２)−Ｇ(Ｅ−ΔＥ/２)} ……（数５） ここで、Ｇ(Ｅ)は数３の右辺を表した関数である。
【００２２】尚、通常加速器のチューンと呼ぶ場合は、
上記チューンの中心値ν0 を表しており、チューンの中
心値ν0 ，最大値νmax，及び最小値νminはシンクロト
ロンの設計時点で決まる設計条件と考えることができ
る。従って、上述した実施例の他に、予めビームのエネ
ルギーＥとチューン（中心値ν0,幅Δν＝νmax−νmi
n）の関係をメモリに記憶しておき、エネルギーＥのみ
をデータとして入力し、これに対応するチューンをメモ
リから読み出して、出射に必要な高周波信号の中心周波
数f0及び周波数幅Δf を求めることもできる。もちろ
ん、これらの演算に使用するチューンとして測定値を用
いることも可能である。
上記チューンの中心値ν0 を表しており、チューンの中
心値ν0 ，最大値νmax，及び最小値νminはシンクロト
ロンの設計時点で決まる設計条件と考えることができ
る。従って、上述した実施例の他に、予めビームのエネ
ルギーＥとチューン（中心値ν0,幅Δν＝νmax−νmi
n）の関係をメモリに記憶しておき、エネルギーＥのみ
をデータとして入力し、これに対応するチューンをメモ
リから読み出して、出射に必要な高周波信号の中心周波
数f0及び周波数幅Δf を求めることもできる。もちろ
ん、これらの演算に使用するチューンとして測定値を用
いることも可能である。
【００２３】更に、周波数強度（振幅）Ｖは必要とする
照射線量で決まるので、予め振幅Ｖと照射線量の関係を
試験的又は理論的に求めておくことにより、照射線量か
ら出射に必要な高周波信号の振幅Ｖを決定できる。
照射線量で決まるので、予め振幅Ｖと照射線量の関係を
試験的又は理論的に求めておくことにより、照射線量か
ら出射に必要な高周波信号の振幅Ｖを決定できる。
【００２４】このようにして求めた高周波成分を有する
電磁場をビームに印加することにより、必要最小限の高
周波電磁界を用いてエネルギーに分布を持つ、即ちチュ
ーンに分布を持つビームを構成する全ての荷電粒子の振
動振幅を確実に増加することができるので、安定限界一
定で高効率なビーム出射が可能となる。
電磁場をビームに印加することにより、必要最小限の高
周波電磁界を用いてエネルギーに分布を持つ、即ちチュ
ーンに分布を持つビームを構成する全ての荷電粒子の振
動振幅を確実に増加することができるので、安定限界一
定で高効率なビーム出射が可能となる。
【００２５】上記した特徴を備えた本発明の効果を上記
特徴を備えない比較例と比べてみる。例えば、数２，数
４で与えられるΔf より周波数幅の狭い（Δf1）高周波
信号を用いる場合は、Δf1に対応するエネルギー幅ΔＥ
1 に含まれない荷電粒子を確実に出射することはできな
い。また、上記Δf より周波数幅の広い高周波信号を用
いる場合は、全ての荷電粒子を出射することはできるも
のの、ビーム出射に必要以上の電力を要することにな
り、投入電力も考慮した全体としての出射効率は必ずし
も高くならない。
特徴を備えない比較例と比べてみる。例えば、数２，数
４で与えられるΔf より周波数幅の狭い（Δf1）高周波
信号を用いる場合は、Δf1に対応するエネルギー幅ΔＥ
1 に含まれない荷電粒子を確実に出射することはできな
い。また、上記Δf より周波数幅の広い高周波信号を用
いる場合は、全ての荷電粒子を出射することはできるも
のの、ビーム出射に必要以上の電力を要することにな
り、投入電力も考慮した全体としての出射効率は必ずし
も高くならない。
【００２６】次に、図４を用いて図１の高周波信号発生
装置11の第１の実施例を説明する。本実施例では、高周
波信号発生装置11は演算器61とＤ／Ａ（デジタル／アナ
ログ）コンバータ62で構成される。演算器61は、制御装
置10から出力される出射ビームのエネルギー、エネルギ
ー幅、加速器のチューンに関するデータ14ａに基づい
て、上述したようにして出射に必要な周波数特性（中心
周波数及び周波数幅）を求め、周波数スペクトルを周波
数領域で作成する。このとき、各周波数成分の位相をラ
ンダムにする。この周波数領域の高周波スペクトルデー
タを逆フーリエ変換を用いて時間領域に変換することに
より、図３に示した周波数特性を有する高周波データ63
を作成する。Ｄ／Ａコンバータ62は高周波データ63をア
ナログ信号に変換して、高周波信号15を発生する。
装置11の第１の実施例を説明する。本実施例では、高周
波信号発生装置11は演算器61とＤ／Ａ（デジタル／アナ
ログ）コンバータ62で構成される。演算器61は、制御装
置10から出力される出射ビームのエネルギー、エネルギ
ー幅、加速器のチューンに関するデータ14ａに基づい
て、上述したようにして出射に必要な周波数特性（中心
周波数及び周波数幅）を求め、周波数スペクトルを周波
数領域で作成する。このとき、各周波数成分の位相をラ
ンダムにする。この周波数領域の高周波スペクトルデー
タを逆フーリエ変換を用いて時間領域に変換することに
より、図３に示した周波数特性を有する高周波データ63
を作成する。Ｄ／Ａコンバータ62は高周波データ63をア
ナログ信号に変換して、高周波信号15を発生する。
【００２７】次に、図５を用いて高周波信号発生装置11
の第２の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はホワイトノイズ源31と、予め出射ビームの
エネルギーに応じて通過させる周波数帯域を別々に設定
したバンドパスフィルタ−32〜35とで構成される。制御
装置10から出力されるデータ14ａのうち、出射ビームの
エネルギーに関するデータに応じて、バンドパスフィル
タ−を選択することにより、図３で示した周波数スペク
トルを有する高周波信号15を発生する。この構成のほか
に、中心周波数、通過周波数幅が可変なバンドパスフィ
ルタ−を用いる構成としても同様の結果が得られる。
の第２の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はホワイトノイズ源31と、予め出射ビームの
エネルギーに応じて通過させる周波数帯域を別々に設定
したバンドパスフィルタ−32〜35とで構成される。制御
装置10から出力されるデータ14ａのうち、出射ビームの
エネルギーに関するデータに応じて、バンドパスフィル
タ−を選択することにより、図３で示した周波数スペク
トルを有する高周波信号15を発生する。この構成のほか
に、中心周波数、通過周波数幅が可変なバンドパスフィ
ルタ−を用いる構成としても同様の結果が得られる。
【００２８】次に、図６を用いて高周波信号発生装置11
の第３の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はコントローラ46と、発振器41〜44と、加算
器45とで構成され、複数の発振器41〜44の出力を加算器
45で加算して、必要な周波数スペクトルを有する高周波
信号15を発生する。このとき、コントローラ46は制御装
置10から出力されるデータ14ａのうち出射ビームのエネ
ルギーに関するデータに応じて、必要な発振周波数及び
位相の制御信号47〜50を各発振器41〜44に送り、各発振
器はこの制御信号に基づいて必要な高周波信号を出力す
る。このようにして、図３で示した周波数スペクトルを
有する高周波信号15を発生する。
の第３の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はコントローラ46と、発振器41〜44と、加算
器45とで構成され、複数の発振器41〜44の出力を加算器
45で加算して、必要な周波数スペクトルを有する高周波
信号15を発生する。このとき、コントローラ46は制御装
置10から出力されるデータ14ａのうち出射ビームのエネ
ルギーに関するデータに応じて、必要な発振周波数及び
位相の制御信号47〜50を各発振器41〜44に送り、各発振
器はこの制御信号に基づいて必要な高周波信号を出力す
る。このようにして、図３で示した周波数スペクトルを
有する高周波信号15を発生する。
【００２９】次に、図７を用いて高周波信号発生装置11
の第４の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はコントローラ51と、周波数掃引器52とで構
成される。コントローラ51は、制御装置10から出力され
るデータ14ａのうち出射ビームのエネルギーに関するデ
ータに応じて、予め各エネルギー毎に設定された周波数
掃引パターンを発生し、周波数掃引器52がこのパターン
に基づいて必要な周波数範囲で周波数掃引する。掃引パ
ターンは、照射室に患者がいない状態でシンクロトロン
を運転し、照射線量の測定結果に基づいて予め決定す
る。
の第４の実施例を説明する。本実施例では、高周波信号
発生装置11はコントローラ51と、周波数掃引器52とで構
成される。コントローラ51は、制御装置10から出力され
るデータ14ａのうち出射ビームのエネルギーに関するデ
ータに応じて、予め各エネルギー毎に設定された周波数
掃引パターンを発生し、周波数掃引器52がこのパターン
に基づいて必要な周波数範囲で周波数掃引する。掃引パ
ターンは、照射室に患者がいない状態でシンクロトロン
を運転し、照射線量の測定結果に基づいて予め決定す
る。
【００３０】次に、図８を用いて本発明を医療用装置に
適用したの第２の実施例を説明する。図８は図１の実施
例と同じシンクロトロン構成であり、制御装置10に出射
ビームのエネルギー、エネルギー幅、加速器のチュー
ン、及び照射線量に関するデータを入力する。高周波信
号発生装置11は、出射ビームのエネルギー、エネルギー
幅、及び加速器のチューンに関するデータ14ａに基づい
て出射に必要な周波数特性を有する高周波信号15を発生
する。ゲインコントローラ13は、高周波信号15の振幅を
出射に必要な大きさに調整し、高周波電圧16として電極
７に印加する。これと同時に、照射室９と出射装置６の
間のビームラインに電流モニター81を設置し、照射室９
に患者19がいない状態で運転する。
適用したの第２の実施例を説明する。図８は図１の実施
例と同じシンクロトロン構成であり、制御装置10に出射
ビームのエネルギー、エネルギー幅、加速器のチュー
ン、及び照射線量に関するデータを入力する。高周波信
号発生装置11は、出射ビームのエネルギー、エネルギー
幅、及び加速器のチューンに関するデータ14ａに基づい
て出射に必要な周波数特性を有する高周波信号15を発生
する。ゲインコントローラ13は、高周波信号15の振幅を
出射に必要な大きさに調整し、高周波電圧16として電極
７に印加する。これと同時に、照射室９と出射装置６の
間のビームラインに電流モニター81を設置し、照射室９
に患者19がいない状態で運転する。
【００３１】比較器12は、電流モニター81で測定したビ
ーム電流の測定値82と、制御装置10の出力である照射線
量の設定値に対応したビーム電流の設定値14ｃとを比較
して、測定値82が設定値14ｃとなるようにゲインコント
ローラ13にゲインコントロール信号18を出力する。ゲイ
ンコントローラ13は、ゲインコントロール信号18に基づ
いて電極７に印加する高周波電圧16の振幅を制御する。
このようにして、照射室９に患者19がいない状態におい
て、ゲインコントロール信号18を運転開始から終了まで
制御装置10に取込み、照射のための最適な運転条件を記
憶する。その後、患者19を照射室９に設置し、制御装置
10に記憶した運転条件データ84に従って制御装置10で運
転を制御する。
ーム電流の測定値82と、制御装置10の出力である照射線
量の設定値に対応したビーム電流の設定値14ｃとを比較
して、測定値82が設定値14ｃとなるようにゲインコント
ローラ13にゲインコントロール信号18を出力する。ゲイ
ンコントローラ13は、ゲインコントロール信号18に基づ
いて電極７に印加する高周波電圧16の振幅を制御する。
このようにして、照射室９に患者19がいない状態におい
て、ゲインコントロール信号18を運転開始から終了まで
制御装置10に取込み、照射のための最適な運転条件を記
憶する。その後、患者19を照射室９に設置し、制御装置
10に記憶した運転条件データ84に従って制御装置10で運
転を制御する。
【００３２】次に、図９を用いて本発明を医療用装置に
適用したの第３の実施例を説明する。図９は図１の実施
例と同じ機器構成で、制御装置10が偏向磁石３の励磁電
流91に基づいて、出射ビームのエネルギーを設定する。
偏向磁石３の偏向磁場強度とシンクロトロンの軌道上を
安定に周回できるビームのエネルギーには相関があるの
で、このような制御が可能となる。シンクロトロンを構
成する偏向磁石３の励磁電流に基づいて出射に必要な高
周波電圧16を発生するという点以外は図１の実施例と同
じであるので、ここでは説明を省略する。本実施例で
は、偏向電磁石３の励磁電流により出射ビームのエネル
ギーを設定したが、加速空胴５の周波数等により出射ビ
ームのエネルギーを設定することも可能である。
適用したの第３の実施例を説明する。図９は図１の実施
例と同じ機器構成で、制御装置10が偏向磁石３の励磁電
流91に基づいて、出射ビームのエネルギーを設定する。
偏向磁石３の偏向磁場強度とシンクロトロンの軌道上を
安定に周回できるビームのエネルギーには相関があるの
で、このような制御が可能となる。シンクロトロンを構
成する偏向磁石３の励磁電流に基づいて出射に必要な高
周波電圧16を発生するという点以外は図１の実施例と同
じであるので、ここでは説明を省略する。本実施例で
は、偏向電磁石３の励磁電流により出射ビームのエネル
ギーを設定したが、加速空胴５の周波数等により出射ビ
ームのエネルギーを設定することも可能である。
【００３３】以上説明した実施例では、医療用のシンク
ロトロンについて示したが、本発明の出射方法及び装置
は、高周波電磁界を用いて荷電粒子ビームを出射する全
ての円形加速器に適用可能である。
ロトロンについて示したが、本発明の出射方法及び装置
は、高周波電磁界を用いて荷電粒子ビームを出射する全
ての円形加速器に適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】第１発明及び第２発明によれば、出射さ
れる荷電粒子ビームのエネルギーが変化しても、荷電粒
子ビームの出射効率を向上できる。 第３発明及び第４発
明によれば、荷電粒子ビームの出射に要する電力を減少
でき、投入電力を考慮した荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる。
れる荷電粒子ビームのエネルギーが変化しても、荷電粒
子ビームの出射効率を向上できる。 第３発明及び第４発
明によれば、荷電粒子ビームの出射に要する電力を減少
でき、投入電力を考慮した荷電粒子ビームの出射効率を
向上できる。
【図１】本発明を医療用装置に適用した第１の実施例を
示す図。
示す図。
【図２】本発明によるビーム出射方法を示す図。
【図３】出射に必要な高周波信号の周波数スペクトルを
示す図。
示す図。
【図４】高周波信号発生装置の第１の実施例を示す図。
【図５】高周波信号発生装置の第２の実施例を示す図。
【図６】高周波信号発生装置の第３の実施例を示す図。
【図７】高周波信号発生装置の第４の実施例を示す図。
【図８】本発明を医療用装置に適用した第２の実施例を
示す図。
示す図。
【図９】本発明を医療用装置に適用した第３の実施例を
示す図。
示す図。
【図１０】安定限界一定でのビーム出射を説明する図。
１…前段加速器、２…入射器、３…偏向磁石、４…４極
磁石、５…加速空胴、６…出射器、７…電極、８…放射
線モニター、９…照射室、10…制御装置、11…高周波信
号発生装置、12…比較器、13…ゲインコントローラ、15
…高周波信号、16…高周波電圧、17…照射線量の測定
値、20…加速器室、21…制御室、31…ホワイトノイズ
源、32…バンドパスフィルター、33…バンドパスフィル
ター、 34…バンドパスフィルター、35…バンドパスフ
ィルター、41…発振器、42…発振器、43…発振器、44…
発振器、45…加算器、46…コントローラ、51…コントロ
ーラ、52…周波数掃引器、61…演算機、62…Ｄ／Ａコン
バータ、81…電流モニター、82…ビーム電流の測定値。
磁石、５…加速空胴、６…出射器、７…電極、８…放射
線モニター、９…照射室、10…制御装置、11…高周波信
号発生装置、12…比較器、13…ゲインコントローラ、15
…高周波信号、16…高周波電圧、17…照射線量の測定
値、20…加速器室、21…制御室、31…ホワイトノイズ
源、32…バンドパスフィルター、33…バンドパスフィル
ター、 34…バンドパスフィルター、35…バンドパスフ
ィルター、41…発振器、42…発振器、43…発振器、44…
発振器、45…加算器、46…コントローラ、51…コントロ
ーラ、52…周波数掃引器、61…演算機、62…Ｄ／Ａコン
バータ、81…電流モニター、82…ビーム電流の測定値。
フロントページの続き (72)発明者 廣田 淳一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 西 政嗣 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (56)参考文献 特開 平５−198397（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258900（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−121070（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−109499（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163196（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188097（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 13/04 A61N 5/10 H05H 7/10
Claims (12)
- 【請求項１】 加速器の周回軌道を周回する荷電粒子ビー
ムを加速した後、前記荷電粒子ビームに高周波電磁界を
印加することにより前記荷電粒子ビームを前記加速器か
ら出射する荷電粒子ビーム出射方法であって、 出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じて前
記高周波電磁界の周波数を制御することを特徴とする荷
電粒子ビーム出射方法。 - 【請求項２】 加速器の周回軌道を周回する荷電粒子ビー
ムを加速した後、前記周回軌道に設けられた高周波印加
装置に高周波信号を入力して前記周回軌道を周回する荷
電粒子ビームに高周波電磁界を印加し、前記荷電粒子ビ
ームを前記加速器から出射する荷電粒子ビーム出射方法
であって、 出射される前記荷電粒子ビームのエネルギーに応じて前
記高周波信号の周波数を制御することを特徴とする荷電
粒子ビーム出射方法。 - 【請求項３】 前記高周波電磁界が設定された幅の前記周
波数を有する請求項１または請求項２の荷電粒子ビーム
出射方法。 - 【請求項４】 前記高周波信号が設定された幅の前記周波
数を有する請求項２の荷電粒子ビーム出射方法。 - 【請求項５】 前記制御される周波数が前記設定された周
波数幅における中心周波数である請求項３または請求項
４の荷電粒子ビーム出射方法。 - 【請求項６】前記高周波信号が高周波電圧である請求項
２または請求項４の荷電粒子ビーム出射方法。 - 【請求項７】 前記高周波電磁界が高周波電界または高周
波磁界である請求項１乃至請求項３のいずれかである荷
電粒子ビーム出射方法。 - 【請求項８】 加速器の周回軌道に設けられ、前記周回軌
道を周回する荷電粒子ビームを加速した後に高周波信号
を入力して前記荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加
し、前記荷電粒子ビームを前記周回軌道から出射する高
周波印加装置を備えた荷電粒子ビーム出射装置であっ
て、 前記高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記
周回軌道から出射される前記荷電粒子ビームのエネルギ
ーに応じて前記高周波信号の周波数を制御する制御手段
とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 - 【請求項９】 加速器の周回軌道に設けられ、前記周回軌
道を周回する荷電粒子ビームを加速した後に高周波信号
を入力して前記周回軌道を周回する荷電粒子ビームに高
周波電磁界を印加し、前記荷電粒子ビームを前記周回軌
道から出射する高周波印加装置を備えた荷電粒子ビーム
出射装置であって、 前記高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記
周回軌道に設置される偏向磁石の励磁電流に応じて前記
高周波信号の周波数を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とする荷電粒子ビーム出射装置。 - 【請求項１０】 加速器の周回軌道に設けられ、高周波信
号を入力して前記周回軌道を周回する荷電粒子ビームに
高周波電磁界を印加し、前記荷電粒子ビームを前記周回
軌道から出射する高周波印加装置を備えた荷電粒子ビー
ム出射装置であって、 前記高周波信号を発生する高周波信号発生手段と、前記
周回軌道に設置される前記荷電粒子ビームを加速するビ
ーム加速手段の周波数に応じて前記高周波信号の周波数
を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする荷電粒
子ビーム出射装置。 - 【請求項１１】 荷電粒子ビームが周回する周回軌道に設
けられて前記荷電粒子ビームを加速するビーム加速手段
と、前記周回軌道に設置される偏向磁石と、請求項８乃
至請求項１０のいずれかの荷電粒子ビーム出射装置とを
備えた加速器。 - 【請求項１２】請求項１１の加速器を備えた医療装置で
あって、 前記周回軌道に前記荷電粒子ビームを入射する前段加速
器と、前記ビーム加速手段、前記偏向磁石及び前記高周
波印加装置が設けられた前記荷電粒子ビームの前記周回
軌道とが設置された加速器室と、 前記周回軌道から出射された前記荷電粒子ビームを用い
て照射を行う照射室とを備えた医療装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15499993A JP2856029B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15499993A JP2856029B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10097835A Division JP3053175B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714699A JPH0714699A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2856029B2 true JP2856029B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=15596492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15499993A Expired - Lifetime JP2856029B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 荷電粒子ビーム出射方法及びその出射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856029B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8698429B2 (en) | 2008-07-18 | 2014-04-15 | Elekta Ab (Publ) | Linear accelerators |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3705091B2 (ja) | 2000-07-27 | 2005-10-12 | 株式会社日立製作所 | 医療用加速器システム及びその運転方法 |
| JP4742328B2 (ja) * | 2006-12-20 | 2011-08-10 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | シンクロトロン加速器の制御方法、シンクロトロン加速器、並びに、シンクロトロン加速器を制御するためのコンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
| JP5614679B2 (ja) * | 2010-03-01 | 2014-10-29 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | イオンビーム照射装置におけるフィードバックシステム |
| JP5548571B2 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-07-16 | 株式会社日立製作所 | 粒子線照射システム |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP15499993A patent/JP2856029B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8698429B2 (en) | 2008-07-18 | 2014-04-15 | Elekta Ab (Publ) | Linear accelerators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0714699A (ja) | 1995-01-17 |
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