JP3307521B2 - シンクロトロン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物理や化学の学術研
究、または微細加工や診断治療等に用いられる荷電粒子
線用シンクロトロン装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４は例えば分子科学研究所発行の
「ＵＶＳＯＲ入射用シンクロトロンの設計」（１９８１
年３月）に示された従来のシンクロトロン装置の主要な
構成を示す平面図である。図１４において、１００ａは
電子シンクロトロン装置、１は電子を偏向させて周回軌
道を得るための偏向電磁石１ａと電子を収束または発散
させるための一対の多極電磁石１ｂ及び１ｃを有する電
磁石、２ａは電子用加速装置、３は電子線型加速器、４
は電子入射ビームライン、５ａは電子用入射装置、６ａ
は電子用出射装置、７ａは電磁石電源、８ａは真空ダク
ト、９は電子出射ビームライン、１０は電子ビーム利用
機器、１１ａは電磁石電源７ａの励磁電流パターンを制
御する制御装置、１７ａは蛍光板モニターでなる電子用
ビームモニターである。

【０００３】次に、上記構成に係る動作について、図１
５に示す電子シンクロトロン装置の励磁電流パターン例
及び加速周波数変化パターン例を参照して説明する。ま
ず、図１４において、電子線型加速器３にて予備加速さ
れた電子線は、電子入射ビームライン４を通って電子用
入射装置５ａから電子シンクロトロン装置に入射され
る。電子用入射装置５ａは、電場または磁場の少なくと
も一方を用いた偏向力を電子に与える。この入射時に電
子用ビームモニター１７ａは電子軌道を観測する役割を
持つ。また、入射時に、電磁石１は入射電子線の運動量
に対応する磁場にそれぞれ電磁石電源７ａを用いて励磁
される。このとき、電磁石電源７ａから電磁石１には、
図１５（ａ）に示すように、励磁電流Ｉinが供給され
る。

【０００４】入射された電子線は、電子シンクロトロン
装置内部を周回しながら、電子用加速装置２ａから供給
される高周波電場によって加速され、その運動量は出射
予定の値に増加される。この際、一般に、電子シンクロ
トロン装置内部では、電子線はほぼ光速に達しているた
め、図１５（ｂ）に示すように、電子用加速装置２ａに
よる加速電場の周波数Ｆは１サイクル時間Ｔｓを通して
一定でよい。

【０００５】一方、電子線を真空ダクト８ａの内部で周
回させるため、増加する電子線の運動量に対応して電磁
石電源７ａから電磁石１への励磁電流を、図１５（ａ）
に示すように、入射時の励磁電流Ｉinから出射時の励磁
電流Ｉoutまで増加させる。励磁電流が出射時の値Ｉout
に達して、電子線の運動量が出射予定の値に達した後
は、電子線を電子用出射装置６ａへ導き、電子出射ビー
ムライン９を通して電子ビーム利用機器１０に供給す
る。電子用出射装置６ａは、電場または磁場の少なくと
も一方を用いた偏向力を電子に与える。

【０００６】また、図１６は例えば三菱電機発行の三菱
電機技報Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．２に掲載されている「科
学技術庁放射線医学総合研究所 重粒子線がん治療装置
（ＨＩＭＡＣ）」（１９９５年２月）に示された従来の
イオンシンクロトロン装置の主要な構成を示す平面図で
ある。図１６において、１００ｂはイオンシンクロトロ
ン装置、１はイオンを偏向させて周回軌道を得るための
偏向電磁石１ｄとイオンを収束または発散させるための
一対の多極電磁石１ｅ及び１ｆを有する電磁石、２ｂは
イオン用加速装置、１２はイオン線型加速器、１３はイ
オン入射ビームライン、５ｂはイオン用入射装置、６ｂ
はイオン用出射装置、７ｂは電磁石電源、８ｂは真空ダ
クト、１４はイオン出射ビームライン、１５はイオンビ
ーム利用機器、１１ｂは電磁石電源７ｂの励磁電流パタ
ーンを制御する制御装置、１７ｂは蛍光板モニターでな
るイオン用ビームモニターである。

【０００７】次に、上記構成に係る動作について、図１
７に示すイオンシンクロトロン装置の励磁電流パターン
例及び加速周波数変化パターン例を参照して説明する。
図１６において、イオン線型加速器１２にて予備加速さ
れたイオン線は、イオン入射ビームライン１４を通って
イオン用入射装置５ｂからイオンシンクロトロン装置に
入射される。イオン用入射装置５ｂは、電場または磁場
の少なくとも一方を用いた偏向力をイオンに与える。こ
の入射時にイオンビームモニター１７ｂはイオン軌道を
観測する役割を持つ。また、入射時に、電磁石１は入射
イオン線の運動量に対応する磁場にそれぞれ電磁石電源
７ｂを用いて励磁される。このとき、電磁石電源７ｂか
ら電磁石１には、図１７（ａ）に示すように、励磁電流
Ｉ'inが供給される。

【０００８】入射されたイオン線は、イオンシンクロト
ロン装置内部を周回しながら、イオン用加速装置２ｂか
ら供給される高周波電場によって加速され、その運動量
は出射予定の値に増加される。この際、一般に、イオン
線はシンクロトロン内部で光速に達しておらず、加速に
伴ってイオンの周回周波数が増大するため、図１７
（ｂ）に示すように、加速電場の周波数を入射時の加速
周波数Ｆ'in から出射時の加速周波数Ｆ'outまで増加さ
せる必要がある。

【０００９】一方、イオン線を真空ダクト８ｂの内部で
周回させるため、増加するイオン線の運動量に対応して
電磁石電源７ｂへの励磁電流を、図１７（ａ）に示すよ
うに、入射時の励磁電流Ｉ'in から出射時の励磁電流
Ｉ'outまで増加させる。励磁電流が出射時の値Ｉ'outに
達して、イオン線の運動量が出射予定の値に達した後
は、イオン線をイオン用出射装置６ｂへ導き、イオン出
射ビームライン１４を通してイオンビーム利用機器１５
に供給する。イオン用出射装置６ｂは、電場または磁場
の少なくとも一方を用いた偏向力をイオンに与える。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のシンクロトロン
装置は以上のように構成されているため、電子及びイオ
ンの両方を加速して利用に供する場合、電子シンクロト
ロン装置１００ａ及びイオンシンクロトロン装置１００
ｂの両方を設置していたため、電磁石、電磁石電源、真
空ダクト等の構成機器を２台分製作せねばならず、装置
の製作・維持のためのコストがかかると共に、２台のシ
ンクロトロン装置を収納する建屋が大きくなるので、広
い敷地が必要であり、且つ建屋建設コストも膨大となる
等の問題があった。また、電子シンクロトロン装置１０
０ａ及びイオンシンクロトロン装置１００ｂを別々に設
置すると、加速された電子とイオンの利用を関連づけて
近接して行う必要が有る場合は、少なくとも一方の出射
ビームラインを長くしなければならないという問題もあ
った。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、装置の製作・維持のためのコス
トを低減し、収納建屋の規模、敷地面積を縮小し、且つ
建屋建設コストを削減するとともに、電子とイオンの利
用を近接して行い易くすることができるシンクロトロン
装置を得ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るシンクロ
トロン装置は、電子及びイオンを周回させるための真空
ダクトと、この真空ダクト内に電子を入射するための電
子用入射装置と、上記真空ダクト内に入射した電子を加
速するための電子用加速装置と、加速した電子を真空ダ
クトから外部機器に出射するための電子用出射装置と、
上記真空ダクト内にイオンを入射するためのイオン用入
射装置と、上記真空ダクト内に入射したイオンを加速す
るためのイオン用加速装置と、加速したイオンを真空ダ
クトから外部機器に出射するためのイオン用出射装置
と、電子及びイオンをダクト内で周回させるための共用
の電磁石と、その電磁石に所定の励磁電流を供給するた
めの電源制御手段とを備えたものである。

【００１３】また、上記真空ダクト内を周回する電子の
軌道接線方向に電子から放射される軌道放射光を取り出
すための放射光取り出しポートを設けたことを特徴とす
るものである。

【００１４】また、上記電子用加速装置と上記イオン用
加速装置とを単一の加速装置で構成し、上記真空ダクト
内に入射した電子及びイオンを加速するのに共用するこ
とを特徴とするものである。

【００１５】また、上記電源制御手段は、イオン利用時
に、電磁石の励磁極性を電子利用時とは反対側に切り換
える極性切換器を備えて、イオンの周回方向を電子の周
回方向と同一にすることを特徴とするものである。

【００１６】また、上記電子用入射装置と上記イオン用
入射装置とを単一の入射装置で構成し、上記真空ダクト
内に電子及びイオンを入射するのに共用すると共に、こ
の単一の入射装置に電子またはイオンを入射させる入射
ビームライン上に電子とイオンの入射切り換えを行う入
射切換手段を備えたことを特徴とするものである。

【００１７】また、上記電子用出射装置と上記イオン用
出射装置とを単一の出射装置で構成し、上記真空ダクト
内で加速した電子及びイオンを外部機器に出射させるの
に共用すると共に、この単一の出射装置から出射された
電子及びイオンの出射切り換えを行う出射切換手段を備
えたことを特徴とするものである。

【００１８】また、上記電子用入射装置に入射される電
子を陽電子に変換して入射させる陽電子変換手段を備
え、上記真空ダクト、上記電子用入射装置、上記電子用
加速装置、上記電子用出射装置及び上記電磁石を、電子
利用に代えて陽電子利用に供することを特徴とするもの
である。

【００１９】また、上記電子用出射装置から出射される
電子を入射して蓄積する電子蓄積リングを有し該電子蓄
積リングから放射される軌道放射光を用いた患部を診断
する診断装置と、上記イオン用出射装置から出射される
イオンを患部に照射して治療を行う治療装置とをさらに
備えたことを特徴とするものである。

【００２０】さらに、上記真空ダクト内で加速する粒子
が¹²Ｃ⁺⁶と電子であり、炭素イオンの最大加速エネルギ
ーを３２０ＭｅＶ／ｕとすると共に、電子の最大加速エ
ネルギーを１．６８ＧｅＶとしたことを特徴とするもの
である。

【００２１】

【作用】この発明に係るシンクロトロン装置において
は、電子及びイオンを周回させるための真空ダクトと、
この真空ダクト内に電子を入射するための電子用入射装
置と、上記真空ダクト内に入射した電子を加速するため
の電子用加速装置と、加速した電子を真空ダクトから外
部機器に出射するための電子用出射装置と、上記真空ダ
クト内にイオンを入射するためのイオン用入射装置と、
上記真空ダクト内に入射したイオンを加速するためのイ
オン用加速装置と、加速したイオンを真空ダクトから外
部機器に出射するためのイオン用出射装置と、電子及び
イオンをダクト内で周回させるための共用の電磁石と、
その電磁石に所定の励磁電流を供給するための電源制御
手段とを備え、電子とイオンを一台のシンクロトロン装
置に入射、加速し、出射電子線及び出射イオン線それぞ
れを利用に供することにより、建屋規模を抑え、装置及
び建屋の製作・維持費を低減させ、かつ加速された電子
及びイオンの近接利用を容易にする。

【００２２】また、上記真空ダクト内を周回する電子の
軌道接線方向に電子から放射される軌道放射光を取り出
すための放射光取り出しポートを設けたことにより、シ
ンクロトロン装置を放射光装置としても兼用することが
でき、建屋規模を抑え、装置及び建屋の製作・維持費を
低減させる。

【００２３】また、上記電子用加速装置と上記イオン用
加速装置とを単一の加速装置で構成し、上記真空ダクト
内に入射した電子及びイオンを加速するのに共用するこ
とにより、加速装置の費用を低減し、かつより小型のシ
ンクロトロン装置とすることができ、建屋規模を抑え、
建屋の製作・維持費を低減させる。

【００２４】また、上記電源制御手段により、イオン利
用時に、電磁石の励磁極性を電子利用時とは反対側に切
り換える極性切換器を備えて、イオンの周回方向を電子
の周回方向と同一にすることにより、電子とイオンの入
射ビームラインの配置上の干渉、出射ビームライン配置
上の干渉を小さくでき、建屋規模を抑え、建屋の製作・
維持費を低減させかつ、電子及びイオンの近接利用を容
易にすると共に、ビームモニターを電子とイオンで共用
とし、安価なシンクロトロン装置を得る。

【００２５】また、上記電子用入射装置と上記イオン用
入射装置とを単一の入射装置で構成し、上記真空ダクト
内に電子及びイオンを入射するのに共用すると共に、こ
の単一の入射装置に電子またはイオンを入射させる入射
ビームライン上に電子とイオンの入射切り換えを行う入
射切換手段を備えたことにより、入射装置の設置費用を
低減し、かつより小型のシンクロトロン装置とすること
ができ、建屋規模を抑え、建屋の製作・維持費を低減さ
せる。

【００２６】また、上記電子用出射装置と上記イオン用
出射装置とを単一の出射装置で構成し、上記真空ダクト
内で加速した電子及びイオンを外部機器に出射させるの
に共用すると共に、この単一の出射装置から出射された
電子及びイオンの出射切り換えを行う出射切換手段を備
えたことにより、出射装置の設置費用を低減し、かつよ
り小型のシンクロトロン装置とすることができ、建屋規
模を抑え、建屋の製作・維持費を低減させ、かつ電子ビ
ーム利用機器とイオンビーム利用機器を近接配置できる
ので両者を関連づけた利用を容易に行うことが可能とな
る。

【００２７】また、上記電子用入射装置に入射される電
子を陽電子に変換して入射させる陽電子変換手段を備
え、上記真空ダクト、上記電子用入射装置、上記電子用
加速装置、上記電子用出射装置及び上記電磁石を、電子
利用に代えて陽電子利用に供することにより、陽電子と
イオンを一台のシンクロトロン装置に入射、加速し、出
射電子線及び出射イオン線それぞれを利用に供すること
ができ、電磁石の励磁電流を反転させる装置を設けるこ
となく、イオンと電子の周回方向を同一とすることがで
き、建屋規模を抑えることができる。

【００２８】また、上記電子用出射装置から出射される
電子を入射して蓄積する電子蓄積リングを有し該電子蓄
積リングから放射される軌道放射光を用いた患部を診断
する診断装置と、上記イオン用出射装置から出射される
イオンを患部に照射して治療を行う治療装置とをさらに
備えたことにより、容易に診断と治療を関連づけて近接
して行うことができる。

【００２９】さらに、上記真空ダクト内で加速する粒子
が¹²Ｃ⁺⁶と電子であり、炭素イオンの最大加速エネルギ
ーを３２０ＭｅＶ／ｕとすると共に、電子の最大加速エ
ネルギーを１．６８ＧｅＶとしたことにより、１台のシ
ンクロトロン装置で、その出射炭素イオンを用いて体内
飛程２０ｃｍのがん治療装置、及び出射電子を用いて概
ね数十ｋｅＶ以下のエネルギーの放射光を利用に供する
放射光装置として利用でき、少なくともシンクロトロン
装置１台分の電磁石、電磁石電源、真空ダクトが削減で
き、シンクロトロン装置１台分の建屋スペースを減じる
ことができる。

【００３０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１と図２はこの発明の実施例１に係るシンクロ
トロン装置を示す平面図と鳥瞰図である。これら図にお
いて、１００はシンクロトロン装置、１は電子及びイオ
ンを偏向させて周回起動を得るための偏向電磁石１ｇと
電子及びイオンを収束または発散させるための一対の多
極電磁石１ｈ、１ｉを有する電磁石、２ａは電子用加速
装置、２ｂはイオン用加速装置、３は電子線型加速器、
４は電子線型加速器３により予備加速されて入射される
電子入射ビームライン、５ａは電子を電子入射ビームラ
インからシンクロトロン装置に入射させる電子用入射装
置、５ｂはイオンをイオン入射ビームラインからシンク
ロトロン装置に入射させるイオン用入射装置、６ａは電
子線を出射させる電子用出射装置、６ｂはイオン線を出
射させるイオン用出射装置である。

【００３１】また、７は上記電磁石１を励磁する電磁石
電源、８は電子及びイオンが周回するための真空ダク
ト、９は上記電子用出射装置６ａから出射された電子出
射ビームライン、１０はその電子出射ビームライン９を
利用する電子ビーム利用機器、１１は上記電磁石電源７
の励磁電流パターンを制御する制御装置、１２はイオン
線型加速器、１３はイオン線型加速器１２により予備加
速されて入射されるイオン入射ビームライン、１４は上
記イオン用出射装置６ｂから出射されたイオン出射ビー
ムライン、１５はそのイオン出射ビームライン１４を利
用するイオンビーム利用機器、１７ａと１７ｂは入射時
の電子軌道とイオン軌道をそれぞれ観測するための蛍光
板モニターでなる電子用ビームモニターとイオン用ビー
ムモニターである。

【００３２】次に上記構成に係る動作について説明す
る。まず、電子をシンクロトロン装置１００に入射、加
速、出射して利用に供する手順は、図１４の従来のシン
クロトロン装置１００ａについて説明した手順と同様で
ある。すなわち、電子線型加速器３により予備加速され
た電子線は、電子入射ビームライン４から電子用入射装
置５ａを通って真空ダクト８の中に入射される。この
際、電子用入射装置５ａは電場または磁場の少なくとも
一方を用いた偏向力を電子に与える。この入射時に電子
用ビームモニター１７ａを用いて電子軌道（位置）を確
認することができる。また、電磁石電源７により電磁石
１の磁場を増大させつつ、入射電子を電子用加速装置２
ａによって所定の運動量に加速した後、電子用出射装置
６ａを通して電子出射ビームライン９を出射し、電子ビ
ーム利用機器１０に使用する。

【００３３】この時、イオン用加速装置２ｂは停止させ
ておく。また、制御装置１１による電磁石電源７の励磁
電流パターン及び電子用加速装置２ａの電場周波数パタ
ーンは、図１５（ａ）、（ｂ）に示した従来例と同じで
ある。

【００３４】次に、イオンをシンクロトロン装置１００
に入射、加速、出射して利用に供する手順は、図１６に
示す従来のシンクロトロン装置１００ｂについて説明し
た手順と同様である。すなわち、イオン線型加速器１２
により予備加速されたイオン線は、イオン入射ビームラ
イン１３からイオン用入射装置５ｂを通って真空ダクト
８の中に入射される。この際、イオン用入射装置５ｂは
電場または磁場の少なくとも一方を用いた偏向力をイオ
ンに与える。この入射時にイオン用ビームモニター１７
ｂを用いてイオン軌道（位置）を確認することができ
る。また、電磁石電源７により電磁石１の磁場を増大さ
せつつ、入射イオンを、イオン用加速装置２ｂによって
所定の運動量に加速した後、イオン用出射装置６ｂを通
してイオン出射ビームライン１４を出射し、イオンビー
ム利用機器１５で使用する。

【００３５】この時、電子用加速装置２ａは停止させて
おく。また、制御装置１１による電磁石電源７の励磁電
流パターン及びイオン用加速装置２ｂの電場周波数パタ
ーンは、図１７（ａ）、（ｂ）に示した従来例と同じで
ある。また、ここで、電磁石１、電磁石電源７、真空ダ
クト８、制御装置１１は電子と共用であり、電磁石電源
７の励磁電流パターンの電子加速時とイオン加速時の切
り替えは、制御装置１１から指令される。さらに、加速
されるイオンは、一般に正イオンであるので、イオンは
電子と逆方向に周回される。

【００３６】上述したように、上記実施例１によれば、
電子及びイオンを周回させるための電磁石１、電磁石電
源７、真空ダクト８、及び制御装置１１を共用した構成
により、電子とイオンの両方を加速することができるシ
ンクロトロン装置を得られ、コスト、スペースを削減で
きると共に、電子とイオンを近接位置で利用できる効果
がある。

【００３７】なお、この実施例１では、入射用の前段加
速器として、電子には電子線型加速器３、イオンにはイ
オン線型加速器１２を掲げたが、電子の場合は、マイク
ロトロン、シンクロトロンでもよく、イオンの場合は、
静電加速器、サイクロトロン、シンクロトロンでもよ
い。また、イオンとして正イオンの例と示すものである
が、負イオンでも同様の効果を奏する。但し、その場
合、イオンと電子の周回方向が同じとなる。

【００３８】実施例２．次に、図３は実施例２に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図３において、
図１及び図２に示す実施例１と同一部分は同一符号を付
し、その説明は省略する。新たな符号として、１６は真
空ダクト８中での電子の周回時にその軌道接線方向に電
子から放射される放射光を取り出すための放射光利用ポ
ートである。すなわち、この実施例２では、電子線利用
とイオン線利用の他に、放射光利用を行うもので、３種
類の利用を１台のシンクロトロン装置で近接して行うも
のである。

【００３９】次に動作について説明する。図３におい
て、電子入射ビームライン４から電子用入射装置５ａを
通ってシンクロトロン装置１００に入射された電子は、
電子用加速装置２ａによって所定の運動量まで加速され
る。この間、電磁石１の磁場を電子の運動量に対応させ
て増加させることにより、電子は真空ダクト８の中を加
速されながら周回するのは実施例１と同様である。

【００４０】この後、電磁石１の磁場を一定に保つこと
により、電子は真空ダクト８内で周回しながらその軌道
接線方向に軌道放射光を放射する。この放射光を放射光
ポート１６から取り出し利用に供する。このような放射
光利用運転時は、制御装置１１から電磁石電源７に図４
に示す励磁電流パターンを指令することにより実現され
る。

【００４１】すなわち、制御装置１１は、入射時に、電
磁石電源７から電磁石１に励磁電流Ｉinを供給して、入
射電子線の運動量に対応する磁場に励磁する。そして、
入射電子線を真空ダクト８の内部で周回させるため、増
加する電子線の運動量に対応して電磁石電源７から電磁
石１への励磁電流を、入射時の励磁電流Ｉinから蓄積時
の励磁電流Ｉstr まで増加させる。励磁電流が蓄積時の
値Ｉstr となり、電子線の運動量が蓄積予定の値に達し
た後は、励磁電流をＩstr に一定に保つようにして電子
蓄積モードを実行する。

【００４２】この実施例２に係るシンクロトロン装置で
は、上述した電子蓄積モードの他、実施例１に示したよ
うに、電磁石電源７の励磁電流パターン、電子用加速装
置２ａ、イオン用加速装置２ｂの動作条件等を変更する
ことにより、電子出射モードまたはイオン出射モードに
切り替えて動作させることも可能であり、より少ないコ
スト及びスペースで、放射光利用、電子線利用、イオン
線利用を行えるとともに、これら３種類の利用を近接し
て行うことができる。

【００４３】なお、実施例２では、放射光利用、電子線
利用、イオン線利用を１台のシンクロトロン装置で実現
する場合について述べたが、電子用出射装置６ａ、電子
出射用ビームライン９を設けない場合においても、より
少ないコスト、スペースで放射光利用、イオン線利用を
行う兼用シンクロトロン装置が得られるれるとともに、
放射光利用及びイオン線利用を近接して行うことができ
る。

【００４４】実施例３．次に、図５は実施例３に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図５において、
図１及び図２に示す実施例１と同一部分は同一符号を付
し、その説明は省略する。新たな符号として、２は電子
及びイオン兼用の加速装置を示し、この実施例３におい
ては、実施例１の電子用加速装置２ａとイオン用加速装
置２ｂを兼用した加速装置２により、さらにより少ない
スペース及びコストで電子線利用とイオン線利用を図る
ものである。

【００４５】次に動作について説明する。まず、電子を
加速する場合は、図１５（ｂ）に示す周波数変化パター
ン、イオンを加速する場合は、図１７（ｂ）に示す周波
数変化パターンで、それぞれ加速装置２を動作させる。
その他の動作は実施例１と同様である。このことによ
り、加速装置を２台設けることなく、電子、イオン双方
を加速でき、より少ないコスト、スペースで、電子線利
用、イオン線利用を行えるとともに、これら両者の利用
を近接して行うことができる電子、イオン兼用のシンク
ロトロン装置を得る効果がある。

【００４６】実施例４．次に、図６は実施例４に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図６において、
新たな符号として、１７は蛍光板モニターでなるビーム
モニター、１８はイオン利用時に電磁石１の励磁極性を
電子利用時とは反対側に切り換える極性切換器である。

【００４７】次に動作について説明する。まず、電子を
シンクロトロン装置１００に入射、加速、出射して利用
に供する手順は、実施例１のシンクロトロン装置１００
について説明した手順と同様である。次に、イオンを利
用する場合の動作について説明する。図６において、イ
オンを利用する場合は、制御装置１１からの指令により
極性切換器１８を動作させ、電磁石電源７から電磁石１
までのケーブルの極性を電子を利用する場合と反対に切
り換える。

【００４８】このことにより、イオンの場合と電子の場
合で周回方向を同一にすることができる。この後、イオ
ンをシンクロトロン装置１００に入射、加速、出射して
利用に供する手順は、実施例１のシンクロトロン装置１
００について説明した手順と同様である。

【００４９】以上述べた方法でイオンの場合と電子の場
合で周回方向を同一にすることができるので、電子とイ
オンの入射ビームラインの配置上の干渉、出射ビームラ
イン配置上の干渉を小さくでき、建屋規模を抑え、建屋
の製作・維持費を低減させかつ、電子及びイオンの近接
利用を容易にするものである。また、周回方向が同一で
あることから、ビームモニター１７を電子とイオンで共
用とし、ビームモニター１７の設置数を削減でき、より
安価な装置とする効果がある。

【００５０】なお、実施例４では、電磁石１の励磁極性
を極性切換器１８を用いて切り換えたが、電磁石電源７
を両極性にて製作することにより同様の効果が得られ
る。また、共用できるビームモニター１７として蛍光板
モニターを実施例として掲げたが、例えばＣＴ（カレン
トトランス）のように、イオン、電子の双方に使用可能
であるが、粒子の周回する方向によって方向性があるビ
ームモニターについても本例と同様の効果がある。

【００５１】実施例５．次に、図７は実施例５に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図７において、
新たな符号として、５は電子及びイオン共用の入射装
置、１９は入射装置５に電子またはイオンを入射させる
入射ビームライン上に電子とイオンの入射切り換えを行
う入射ビーム切換え電磁石である。

【００５２】次に動作について説明する。上述した実施
例４と同様の方法を用い、電子とイオンの周回方向を同
じする。電子を入射する際は、入射装置５における電場
または磁場の少なくとも一方を用いた偏向力を入射電子
の運動量に対応した値に設定し、入射装置５を経て電子
入射ビームラインから真空ダクト８内に電子を入射す
る。この後の動作は実施例４と同様である。

【００５３】イオンを入射する際は、入射装置５におけ
る電場または磁場の少なくとも一方を用いた偏向力を入
射イオンの運動量に対応した値に設定するとともに、入
射ビーム切換え電磁石１９を励磁し、イオン入射ビーム
ライン１３から入射装置５を経て電子入射ビームライン
から真空ダクト８内に電子を入射する。この後の動作は
実施例４と同様である。

【００５４】この実施例５では、入射装置５を電子とイ
オンと共用することができ、安価なシンクロトロン装置
を提供する。また、両者の入射ビームライン４及び１３
を近接配置できるので、建屋スペースの小さいシンクロ
トロン装置を提供することができる。

【００５５】なお、この実施例５では電子の入射ビーム
ライン４に入射切換え電磁石１９を設置した例について
示したが、イオンの入射ビームライン１３に入射切換え
電磁石１９を設置しても同様の効果を奏する。また、電
子の入射ビームライン４とイオンの入射ビームライン１
３の切り換えに、入射切換え電磁石１９を設置した例に
ついて示したが、入射切換えに電場を用いても同様の効
果を奏する。

【００５６】実施例６．次に、図８は実施例６に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図８において、
新たな符号として、６は電子及びイオン共用の出射装
置、２０は出射装置６から出射された電子及びイオンの
出射切り換えを行う出射ビーム切換え電磁石である。

【００５７】次に動作について説明する。実施例４と同
様の方法を用い、電子とイオンの周回方向を同じする。
電子及びイオンを入射、加速する動作も、実施例４と同
様である。また、加速した電子を出射する際は、出射装
置６における電場または磁場の少なくとも一方を用いた
偏向力を出射電子の運動量に対応した値に設定し、出射
装置６を用いて電子を出射ビームライン９出射にし電子
ビーム利用機器で利用に供する。

【００５８】イオンを出射する際は、出射装置５におけ
る電場または磁場の少なくとも一方を用いた偏向力を入
射イオンの運動量に対応した値に設定するとともに、出
射ビーム切換え電磁石２０を励磁し、出射イオンをイオ
ン出射ビームライン１４からイオンビーム利用機器で利
用に供する。

【００５９】この実施例６では、出射装置６を電子とイ
オンと共用することでき、安価なシンクロトロン装置を
提供する。また、両者の出射ビームライン４及び１３を
近接配置できるので、建屋スペースの小さく、電子とイ
オンを近接位置で利用できるシンクロトロン装置を提供
することができる。さらに、電子ビーム利用機器１０と
イオンビーム利用機器１５を近接配置できるので、両者
を関連づけた利用を容易に行うことが可能となる効果が
ある。

【００６０】実施例７．次に、図９は実施例７に係るシ
ンクロトロン装置を示す平面図である。図９において、
新たな符号として、２１は電子用入射装置５ａに入射さ
れる電子を陽電子に変換する陽電子発生装置である。

【００６１】次に動作について説明する。まず、イオン
をシンクロトロン装置１００に入射、加速、出射して利
用に供する手順は、実施例１のシンクロトロン装置１０
０について説明した手順と同様である。次に、陽電子を
利用する場合の動作について説明する。図９において、
電子線形加速器３の下流に陽電子発生装置２１を置くこ
とにより、電子は陽電子に変換される。ここで、陽電子
は正電荷を持っているので、イオンの場合と陽電子の場
合で周回方向が同一になる。この後、陽電子をシンクロ
トロン装置１００に入射、加速、出射して利用に供する
手順は、実施例１のシンクロトロン装置１００について
電子の場合で説明した手順と同様である。

【００６２】以上述べた方法で、極性切換器を用いるこ
となく、イオンの場合と電子の場合で周回方向を同一に
することができるので、電子とイオンの入射ビームライ
ンの配置上の干渉、出射ビームライン配置上の干渉を小
さくでき、建屋規模を抑え、建屋の製作・維持費を低減
させかつ、電子及びイオンの近接利用を容易にできる。

【００６３】また、陽電子を利用機器１０で利用する方
法として陽電子を蓄積し、放射光装置とした場合は、陽
電子は電子より放射光装置内の残留ガスに影響されにく
いので電子の放射光装置より、蓄積時の陽電子の保持時
間（即ち放射光の利用時間）が長くできる利点もある。

【００６４】実施例８．次に、図１０は実施例８に係る
シンクロトロン装置を示す平面図である。図１０におい
て、新たな符号として、２２は電子用出射装置６ａから
出射される電子を入射して蓄積する電子蓄積リングを有
し該蓄積リングから放射される軌道放射光を用いて患部
を診断する診断装置としてのアンギオグラフィ装置、２
３はイオン用出射装置６ｂから出射されるイオンを患部
に照射して治療を行う治療装置としてのイオン線がん治
療装置である。

【００６５】次に動作について説明する。電子及びイオ
ンをシンクロトロン装置１００に入射、加速、出射して
利用に供する手順は、実施例１のシンクロトロン装置１
００について説明した手順と同様である。電子ビーム利
用機器として電子の軌道放射光を用いたアンギオグラフ
ィ装置２２を設置する。このアンギオグラフィ装置２２
では電子を用いた放射光装置から放射される３０ｋｅＶ
付近の放射光（Ｘ線）を用いて動脈等の診察を行う。一
方、イオンビーム利用装置としてイオン線がん治療装置
２３を設置する。このイオン線がん治療装置２３ではイ
オン線をがんに照射し、がんを死滅させることによりが
ん治療を行う。

【００６６】この実施例８によれば、それぞれ診断と治
療ができるアンギオグラフィ装置２２とがん治療装置２
３の医療装置を１台のシンクロトロン装置で実現でき、
かつ近接して配置できるため、低コスト、小スペースで
容易に診断、治療ができる装置を得ることができる。

【００６７】なお、電子の医療応用としてアンギオグラ
フィ装置２２を用いたが、単色Ｘ線ＣＴ装置による診断
等、放射光を用いた他の診断装置としても同様の効果を
奏する。

【００６８】実施例９．次に、図１１は実施例９に係る
シンクロトロン装置を示す平面図である。図１１に示す
シンクロトロン装置は、図１に示す実施例１のシンクロ
トロン装置と同一構成であるが、真空ダクト８内で加速
する粒子が¹²Ｃ⁺⁶と電子であり、炭素イオンの最大加速
エネルギーを３２０ＭｅＶ／ｕとすると共に、電子の最
大加速エネルギーを１．６８ＧｅＶとする点が異なる。

【００６９】また、図１２は実施例９の装置から出射さ
れる電子を用いた放射光装置から放出される放射光のス
ペクトル分布を示すグラフ、図１３はイオン線のエネル
ギーと人体内の飛程を表すグラフである。

【００７０】次に動作について説明する。図１１におい
て、電子及びイオンをシンクロトロン装置１００に入
射、加速、出射して利用に供する手順は、実施例１のシ
ンクロトロン装置１００について説明した手順と同様で
ある。ここで、電子の最大加速エネルギーを１．６８Ｇ
ｅＶとすることにより、シンクロトロン装置１００の電
磁石１の偏向電磁石１ｇに要求される磁場堅さは５．５
９Ｔ・ｍとなる。エネルギー１．６８ＧｅＶの電子を用
いた放射光装置から放出される放射光のスペクトル分布
は図１１のとおりであり、概ね数十ｋｅＶ以下のエネル
ギーの放射光を利用に供することができ、例えば３３ｋ
ｅＶの放射光を用いるアンギオグラフィ装置を実現する
ことができる。

【００７１】一方、炭素イオン¹²Ｃ⁺⁶の最大加速エネル
ギーを３２０ＭｅＶ／ｕとすることにより、シンクロト
ロン装置１００の電磁石１の偏向電磁石１ｇに要求され
る磁場堅さは前記の電子の場合と同じ５．５９Ｔ・ｍと
なり、電子と同じ最大励磁電流で電磁石１を励磁するこ
ととできる。また、最大加速エネルギー３２０ＭｅＶ／
ｕの炭素イオン線の人体における飛程は、図１３に示す
ように、約２０ｃｍであるので、体内深さ２０ｃｍまで
のがんを治療するがん治療装置を設けて、炭素イオンを
利用に供することができ、電子と炭素イオンを１台のシ
ンクロトロン装置で有効に利用できる装置を実現でき
る。

【００７２】このように、実施例９によれば、１台のシ
ンクロトロン装置で、その出射炭素イオンを用いて体内
飛程２０ｃｍのがん治療装置、及び出射電子を用いて概
ね数十ｋｅＶ以下のエネルギーの放射光を利用に供する
放射光装置として利用でき、少なくともシンクロトロン
装置１台分の電磁石、電磁石電源、真空ダクトが削減で
き、シンクロトロン装置１台分の建屋スペースを減じる
ことができるという効果がある。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るシンクロ
トロン装置によれば、電子及びイオンを周回させるため
の真空ダクトと、この真空ダクト内に電子を入射するた
めの電子用入射装置と、上記真空ダクト内に入射した電
子を加速するための電子用加速装置と、加速した電子を
真空ダクトから外部機器に出射するための電子用出射装
置と、上記真空ダクト内にイオンを入射するためのイオ
ン用入射装置と、上記真空ダクト内に入射したイオンを
加速するためのイオン用加速装置と、加速したイオンを
真空ダクトから外部機器に出射するためのイオン用出射
装置と、電子及びイオンをダクト内で周回させるための
共用の電磁石と、その電磁石に所定の励磁電流を供給す
るための電源制御手段とを備え、電子とイオンを一台の
シンクロトロン装置に入射、加速し、出射電子線及び出
射イオン線それぞれを利用に供することにより、建屋規
模を抑え、装置及び建屋の製作・維持費を低減させ、か
つ加速された電子及びイオンの近接利用を容易にするこ
とができるという効果がある。

【００７４】また、上記真空ダクト内を周回する電子の
軌道接線方向に電子から放射される軌道放射光を取り出
すための放射光取り出しポートを設けたことにより、シ
ンクロトロン装置を放射光装置としても兼用することが
でき、建屋規模を抑え、装置及び建屋の製作・維持費を
低減させることができるという効果がある。

【００７５】また、上記電子用加速装置と上記イオン用
加速装置とを単一の加速装置で構成し、上記真空ダクト
内に入射した電子及びイオンを加速するのに共用するこ
とにより、加速装置の費用を低減し、かつより小型のシ
ンクロトロン装置とすることができ、建屋規模を抑え、
建屋の製作・維持費を低減させることができるという効
果がある。

【００７６】また、上記電源制御手段により、イオン利
用時に、電磁石の励磁極性を電子利用時とは反対側に切
り換える極性切換器を備えて、イオンの周回方向を電子
の周回方向と同一にすることにより、電子とイオンの入
射ビームラインの配置上の干渉、出射ビームライン配置
上の干渉を小さくでき、建屋規模を抑え、建屋の製作・
維持費を低減させかつ、電子及びイオンの近接利用を容
易にすると共に、ビームモニターを電子とイオンで共用
とし、安価なシンクロトロン装置を得ることができると
いう効果がある。

【００７７】また、上記電子用入射装置と上記イオン用
入射装置とを単一の入射装置で構成し、上記真空ダクト
内に電子及びイオンを入射するのに共用すると共に、こ
の単一の入射装置に電子またはイオンを入射させる入射
ビームライン上に電子とイオンの入射切り換えを行う入
射切換手段を備えたことにより、入射装置の設置費用を
低減し、かつより小型のシンクロトロン装置とすること
ができ、建屋規模を抑え、建屋の製作・維持費を低減さ
せることができるという効果がある。

【００７８】また、上記電子用出射装置と上記イオン用
出射装置とを単一の出射装置で構成し、上記真空ダクト
内で加速した電子及びイオンを外部機器に出射させるの
に共用すると共に、この単一の出射装置から出射された
電子及びイオンの出射切り換えを行う出射切換手段を備
えたことにより、出射装置の設置費用を低減し、かつよ
り小型のシンクロトロン装置とすることができ、建屋規
模を抑え、建屋の製作・維持費を低減させ、かつ電子ビ
ーム利用機器とイオンビーム利用機器を近接配置できる
ので両者を関連づけた利用を容易に行うことが可能とな
るという効果がある。

【００７９】また、上記電子用入射装置に入射される電
子を陽電子に変換して入射させる陽電子変換手段を備
え、上記真空ダクト、上記電子用入射装置、上記電子用
加速装置、上記電子用出射装置及び上記電磁石を、電子
利用に代えて陽電子利用に供することにより、陽電子と
イオンを一台のシンクロトロン装置に入射、加速し、出
射電子線及び出射イオン線それぞれを利用に供すること
ができ、電磁石の励磁電流を反転させる装置を設けるこ
となく、イオンと電子の周回方向を同一とすることがで
き、建屋規模を抑えることができるという効果がある。

【００８０】また、上記電子用出射装置から出射される
電子を入射して蓄積する電子蓄積リングを有し該電子蓄
積リングから放射される軌道放射光を用いた患部を診断
する診断装置と、上記イオン用出射装置から出射される
イオンを患部に照射して治療を行う治療装置とをさらに
備えたことにより、容易に診断と治療を関連づけて近接
して行うことができるという効果がある。

【００８１】さらに、上記真空ダクト内で加速する粒子
が¹²Ｃ⁺⁶と電子であり、炭素イオンの最大加速エネルギ
ーを３２０ＭｅＶ／ｕとすると共に、電子の最大加速エ
ネルギーを１．６８ＧｅＶとしたことにより、１台のシ
ンクロトロン装置で、その出射炭素イオンを用いて体内
飛程２０ｃｍのがん治療装置、及び出射電子を用いて概
ね数十ｋｅＶ以下のエネルギーの放射光を利用に供する
放射光装置として利用でき、少なくともシンクロトロン
装置１台分の電磁石、電磁石電源、真空ダクトが削減で
き、シンクロトロン装置１台分の建屋スペースを減じる
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図２】 この発明の実施例１に係るシンクロトロン装
置を示す鳥瞰図である。

【図３】 この発明の実施例２に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図４】 この発明の実施例２に係るシンクロトロン装
置の放射光利用運転時の電磁石電源の励磁電流パターン
図である。

【図５】 この発明の実施例３に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図６】 この発明の実施例４に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図７】 この発明の実施例５に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図８】 この発明の実施例６に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図９】 この発明の実施例７に係るシンクロトロン装
置を示す平面図である。

【図１０】 この発明の実施例８に係るシンクロトロン
装置を示す平面図である。

【図１１】 この発明の実施例９に係るシンクロトロン
装置を示す平面図である。

【図１２】 この発明の実施例９に係るシンクロトロン
装置から出射される電子を用いた放射光装置から放出さ
れる放射光のスペクトル分布を示す説明図である。

【図１３】 この発明の実施例９に係るシンクロトロン
装置から出射されるイオン線のエネルギーと人体内の飛
程を表す説明図である。

【図１４】 従来の電子シンクロトロン装置を示す平面
図である。

【図１５】 従来の電子シンクロトロン装置における電
磁石電源の励磁電流パターン及び加速周波数変化パター
ンの説明図である。

【図１６】 従来のイオンシンクロトロン装置を示す平
面図である。

【図１７】 従来のイオンシンクロトロン装置における
電磁石電源の励磁電流パターン及び加速周波数変化パタ
ーンの説明図である。

【符号の説明】

１ 電磁石、１ｇ 偏向電磁石、１ｈ、１ｉ 多極電磁
石、２ａ 電子用加速装置、２ｂ イオン用加速装置、
２ 加速装置、３ 電子線型加速器、４ 電子入射ビー
ムライン、５ａ 電子用入射装置、５ｂ イオン用入射
装置、５ 入射装置、６ａ 電子用出射装置、６ｂ イ
オン用出射装置、６ 出射装置、７ 電磁石電源、８
真空ダクト、９ 電子出射ビームライン、１０ 電子ビ
ーム利用機器、１１ 制御装置、１２ イオン線型加速
器、１３ イオン入射ビームライン、１４ イオン出射
ビームライン、１５ イオンビーム利用機器、１６ 放
射光利用ポート、１７ａ 電子用ビームモニター、１７
ｂ イオン用ビームモニター、１８ 極性切換器、１９
入射ビーム切換え電磁石、２０ 出射ビーム切換え電
磁石、２１ 陽電子発生装置、２２ アンギオグラフィ
装置、２３ イオンがん治療装置、１００ シンクロト
ロン装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−226999（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−217599（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−89800（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198400（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−45599（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−310300（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13200（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−203999（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−197273（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78199（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161500（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−6900（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 13/04

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子及びイオンを周回させるための真空
   ダクトと、この真空ダクト内に電子を入射するための電
   子用入射装置と、上記真空ダクト内に入射した電子を加
   速するための電子用加速装置と、加速した電子を真空ダ
   クトから外部機器に出射するための電子用出射装置と、
   上記真空ダクト内にイオンを入射するためのイオン用入
   射装置と、上記真空ダクト内に入射したイオンを加速す
   るためのイオン用加速装置と、加速したイオンを真空ダ
   クトから外部機器に出射するためのイオン用出射装置
   と、電子及びイオンをダクト内で周回させるための共用
   の電磁石と、その電磁石に所定の励磁電流を供給するた
   めの電源制御手段とを備えたシンクロトロン装置。
2. 【請求項２】 上記真空ダクト内を周回する電子の軌道
   接線方向に電子から放射される軌道放射光を取り出すた
   めの放射光取り出しポートを設けたことを特徴とする請
   求項１記載のシンクロトロン装置。
3. 【請求項３】 上記電子用加速装置と上記イオン用加速
   装置とを単一の加速装置で構成し、上記真空ダクト内に
   入射した電子及びイオンを加速するのに共用することを
   特徴とする請求項１または２記載のシンクロトロン装
   置。
4. 【請求項４】 上記電源制御手段は、イオン利用時に、
   電磁石の励磁極性を電子利用時とは反対側に切り換える
   極性切換器を備えて、イオンの周回方向を電子の周回方
   向と同一にすることを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のシンクロトロン装置。
5. 【請求項５】 上記電子用入射装置と上記イオン用入射
   装置とを単一の入射装置で構成し、上記真空ダクト内に
   電子及びイオンを入射するのに共用すると共に、この単
   一の入射装置に電子またはイオンを入射させる入射ビー
   ムライン上に電子とイオンの入射切り換えを行う入射切
   換手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のシンク
   ロトロン装置。
6. 【請求項６】 上記電子用出射装置と上記イオン用出射
   装置とを単一の出射装置で構成し、上記真空ダクト内で
   加速した電子及びイオンを外部機器に出射させるのに共
   用すると共に、この単一の出射装置から出射された電子
   及びイオンの出射切り換えを行う出射切換手段を備えた
   ことを特徴とする請求項４または５記載のシンクロトロ
   ン装置。
7. 【請求項７】 上記電子用入射装置に入射される電子を
   陽電子に変換して入射させる陽電子変換手段を備え、上
   記真空ダクト、上記電子用入射装置、上記電子用加速装
   置、上記電子用出射装置及び上記電磁石を、電子利用に
   代えて陽電子利用に供することを特徴とする請求項１記
   載のシンクロトロン装置。
8. 【請求項８】 上記電子用出射装置から出射される電子
   を入射して蓄積する電子蓄積リングを有し該電子蓄積リ
   ングから放射される軌道放射光を用いた患部を診断する
   診断装置と、上記イオン用出射装置から出射されるイオ
   ンを患部に照射して治療を行う治療装置とをさらに備え
   たことを特徴とする請求項１記載のシンクロトロン装
   置。
9. 【請求項９】 上記真空ダクト内で加速する粒子が¹²Ｃ
   ⁺⁶と電子であり、炭素イオンの最大加速エネルギーを３
   ２０ＭｅＶ／ｕとすると共に、電子の最大加速エネルギ
   ーを１．６８ＧｅＶとしたことを特徴とする請求項８記
   載のシンクロトロン装置。