JP3397025B2 - ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器 - Google Patents
ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は加速器に係り、加速
器中を周回する荷電粒子ビームに高周波電磁場を前記荷
電粒子ビームに印加し、荷電粒子ビームのベータトロン
振動振幅を増大させ、荷電粒子ビームを出射する加速器
のビーム出射用高周波発生装置に関する。
器中を周回する荷電粒子ビームに高周波電磁場を前記荷
電粒子ビームに印加し、荷電粒子ビームのベータトロン
振動振幅を増大させ、荷電粒子ビームを出射する加速器
のビーム出射用高周波発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】加速器中を周回する荷電粒子ビームに高
周波電磁場を印加し、荷電粒子ビームのベータトロン振
動振幅を増大させ、荷電粒子ビームを出射する従来技術
として、特開平5−11183117 号公報に記されている。こ
れは、偏向電磁石や６極電磁石の磁場強度を一定にし、
チューン（加速器一周あたりのベータトロン振動数）一
定、即ち４極電磁石の磁場強度を一定としておき、荷電
粒子ビームに高周波電磁場を印加し、荷電粒子ビームの
ベータトロン振動振幅を増大させて共鳴を発生させて荷
電粒子ビームを出射するビーム出射方法である。荷電粒
子ビームに印加する高周波は、荷電粒子ビームのベータ
トロン振動振幅が増大する高周波、即ち、加速器中を周
回する荷電粒子ビームのチューン幅を有する周波数帯域
を持つ高周波である。
周波電磁場を印加し、荷電粒子ビームのベータトロン振
動振幅を増大させ、荷電粒子ビームを出射する従来技術
として、特開平5−11183117 号公報に記されている。こ
れは、偏向電磁石や６極電磁石の磁場強度を一定にし、
チューン（加速器一周あたりのベータトロン振動数）一
定、即ち４極電磁石の磁場強度を一定としておき、荷電
粒子ビームに高周波電磁場を印加し、荷電粒子ビームの
ベータトロン振動振幅を増大させて共鳴を発生させて荷
電粒子ビームを出射するビーム出射方法である。荷電粒
子ビームに印加する高周波は、荷電粒子ビームのベータ
トロン振動振幅が増大する高周波、即ち、加速器中を周
回する荷電粒子ビームのチューン幅を有する周波数帯域
を持つ高周波である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、出射
ビームエネルギーが一定であるので、荷電粒子ビームの
ベータトロン振動振幅を増大させるために印加する高周
波は一定の周波数帯域を持つものでよい。
ビームエネルギーが一定であるので、荷電粒子ビームの
ベータトロン振動振幅を増大させるために印加する高周
波は一定の周波数帯域を持つものでよい。
【０００４】しかし、荷電粒子ビームのエネルギーが変
化すると、荷電粒子ビームの周回周波数とビームエネル
ギーの範囲が変化するので、周波数帯域が一定の従来技
術では、エネルギーの変化に応じてベータトロン振動振
幅を増加させることができない。従って、ビームエネル
ギーを変化させながら、出射ビームを得ることも困難で
ある。
化すると、荷電粒子ビームの周回周波数とビームエネル
ギーの範囲が変化するので、周波数帯域が一定の従来技
術では、エネルギーの変化に応じてベータトロン振動振
幅を増加させることができない。従って、ビームエネル
ギーを変化させながら、出射ビームを得ることも困難で
ある。
【０００５】また、従来技術では、任意のビームエネル
ギーで、出射ビームの電流すなわち、出射ビームの強度
を制御することができない。
ギーで、出射ビームの電流すなわち、出射ビームの強度
を制御することができない。
【０００６】本発明の目的は、荷電粒子ビームのエネル
ギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射することがで
きるビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速
器を提供することにある。
ギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射することがで
きるビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速
器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、単一周波数の信号を出力し、かつ該信号の
周波数を変化させることが可能な単一周波数発生手段
と、有限の周波数帯域をもつ信号を出力する帯域ノイズ
発生手段と、前記単一周波数発生手段から出力された信
号及び前記帯域ノイズ発生手段から出力された信号を入
力し、かつ両信号を乗算して得られた高周波信号を前記
電極に出力する乗算器とを有することにある。
明の特徴は、単一周波数の信号を出力し、かつ該信号の
周波数を変化させることが可能な単一周波数発生手段
と、有限の周波数帯域をもつ信号を出力する帯域ノイズ
発生手段と、前記単一周波数発生手段から出力された信
号及び前記帯域ノイズ発生手段から出力された信号を入
力し、かつ両信号を乗算して得られた高周波信号を前記
電極に出力する乗算器とを有することにある。
【０００８】単一周波数発生手段は、出力する信号の周
波数を変化させることが可能なため、荷電粒子ビームの
エネルギーに応じて、出力する信号の周波数を変化させ
ることができ、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ベータトロン振動振幅を増加させる
ことができる。よって、荷電粒子ビームのエネルギーが
変化しても、荷電粒子ビームを出射することができる。
波数を変化させることが可能なため、荷電粒子ビームの
エネルギーに応じて、出力する信号の周波数を変化させ
ることができ、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ベータトロン振動振幅を増加させる
ことができる。よって、荷電粒子ビームのエネルギーが
変化しても、荷電粒子ビームを出射することができる。
【０００９】本発明は、好ましくは、単一周波数発生手
段、帯域ノイズ発生手段、及び乗算器のいずれかを制御
することにより、乗算器から出力される高周波信号の強
度を変化させる。高周波信号の強度を変化させることに
より、電極から荷電粒子ビームに印加される高周波電磁
場の強度を変化させることができ、従って、出射される
荷電粒子ビームの電流の大きさ、すなわち強度を変化さ
せることができる。
段、帯域ノイズ発生手段、及び乗算器のいずれかを制御
することにより、乗算器から出力される高周波信号の強
度を変化させる。高周波信号の強度を変化させることに
より、電極から荷電粒子ビームに印加される高周波電磁
場の強度を変化させることができ、従って、出射される
荷電粒子ビームの電流の大きさ、すなわち強度を変化さ
せることができる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】本発明は、好ましくは、周回する荷電粒子
ビームの周回周波数に応じて単一周波数発生手段から出
力される信号の周波数を変化させる。それにより、周回
周波数が変化しても、荷電粒子ビームを出射できる。
ビームの周回周波数に応じて単一周波数発生手段から出
力される信号の周波数を変化させる。それにより、周回
周波数が変化しても、荷電粒子ビームを出射できる。
【００２５】
【００２６】本発明は、好ましくは、周回する荷電粒子
ビームのエネルギーに応じて単一周波数発生手段から出
力される信号の周波数を変化させる。それにより、ビー
ムエネルギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射でき
る。
ビームのエネルギーに応じて単一周波数発生手段から出
力される信号の周波数を変化させる。それにより、ビー
ムエネルギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射でき
る。
【００２７】
【００２８】本発明は、好ましくは、前記電磁石が発生
する磁場の磁場強度に応じて前記単一周波数発生手段か
ら出力される信号の周波数を変化させる。ビームエネル
ギーの変化は、電磁石の磁場強度の変化として現れる。
従って、ビームエネルギーが変化しても、荷電粒子ビー
ムを出射できる。
する磁場の磁場強度に応じて前記単一周波数発生手段か
ら出力される信号の周波数を変化させる。ビームエネル
ギーの変化は、電磁石の磁場強度の変化として現れる。
従って、ビームエネルギーが変化しても、荷電粒子ビー
ムを出射できる。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
（実施例１）本発明の第１の実施例である、ビーム出射
用高周波装置１０を備えた加速器を図１を用いて説明す
る。
用高周波装置１０を備えた加速器を図１を用いて説明す
る。
【００３４】本実施例の加速器は、プロトンビームを癌
治療等に使用する医療用装置として用いられる。
治療等に使用する医療用装置として用いられる。
【００３５】本実施例の加速器は、プロトンビームを発
生する前段加速器１，プロトンビームを加速器へ入射さ
せる入射器２，プロトンビームが周回する真空ダクト２
０，ビーム軌道を曲げる偏向電磁石３，ビームを収束発
散させ安定に加速器中を周回させる４極電磁石４，ビー
ムの安定限界を形成する６極電磁石１４，ビームにエネ
ルギーを与える高周波加速空胴５，プロトンビームのベ
ータトロン振動振幅を増加させる電極７，加速器からビ
ームを出射する出射器６，電極７に高周波信号１３を供
給するビーム出射用高周波発生装置１０、および、ビー
ム出射用高周波発生装置１０を制御する高周波制御装置
８等から構成されている。
生する前段加速器１，プロトンビームを加速器へ入射さ
せる入射器２，プロトンビームが周回する真空ダクト２
０，ビーム軌道を曲げる偏向電磁石３，ビームを収束発
散させ安定に加速器中を周回させる４極電磁石４，ビー
ムの安定限界を形成する６極電磁石１４，ビームにエネ
ルギーを与える高周波加速空胴５，プロトンビームのベ
ータトロン振動振幅を増加させる電極７，加速器からビ
ームを出射する出射器６，電極７に高周波信号１３を供
給するビーム出射用高周波発生装置１０、および、ビー
ム出射用高周波発生装置１０を制御する高周波制御装置
８等から構成されている。
【００３６】前段加速器１で発生したプロトンビーム
は、入射器２によって加速器に入射され、偏向電磁石３
や４極電磁石４によって軌道を保たれ、真空ダクト２０
内を周回する。周回するプロトンビームは高周波加速空
胴５によって、エネルギーが与えられる。
は、入射器２によって加速器に入射され、偏向電磁石３
や４極電磁石４によって軌道を保たれ、真空ダクト２０
内を周回する。周回するプロトンビームは高周波加速空
胴５によって、エネルギーが与えられる。
【００３７】所望のエネルギーまでビームが加速される
と、高周波制御装置８がビーム出射用高周波発生装置１
０を制御して、高周波電圧を電極７に出力させる。高周
波電圧が電極７に供給されると、電極７は高周波電磁場
を発生し、この高周波電磁場によって、ビームのベータ
トロン振動振幅が増加する。ベータトロン振動振幅が増
加して、安定限界を越えたビームは、出射器６から出射
され治療室９の患者１１の患部に照射される。
と、高周波制御装置８がビーム出射用高周波発生装置１
０を制御して、高周波電圧を電極７に出力させる。高周
波電圧が電極７に供給されると、電極７は高周波電磁場
を発生し、この高周波電磁場によって、ビームのベータ
トロン振動振幅が増加する。ベータトロン振動振幅が増
加して、安定限界を越えたビームは、出射器６から出射
され治療室９の患者１１の患部に照射される。
【００３８】ベータトロン振動振幅を増加させるために
は、ビームの周回周波数に対応した中心周波数と、ビー
ムエネルギーの範囲の幅に対応した帯域をもつ高周波電
磁界を印加することが必要である。従って、電極７に供
給される高周波信号１３を以下のように求める。
は、ビームの周回周波数に対応した中心周波数と、ビー
ムエネルギーの範囲の幅に対応した帯域をもつ高周波電
磁界を印加することが必要である。従って、電極７に供
給される高周波信号１３を以下のように求める。
【００３９】ただし、ビームの周回周波数をｆrev ，チ
ューンの小数部即ち加速器１周当りのベータトロン振動
数の小数部をν，ビームエネルギーの範囲の最大幅に対
応するベータトロン振動数の幅をΔν，整数ｎ（ｎ≧
０）とし、これらの値は加速器の設計により決まり、予
め求められている。
ューンの小数部即ち加速器１周当りのベータトロン振動
数の小数部をν，ビームエネルギーの範囲の最大幅に対
応するベータトロン振動数の幅をΔν，整数ｎ（ｎ≧
０）とし、これらの値は加速器の設計により決まり、予
め求められている。
【００４０】中心周波数ｆは、
【００４１】
【数１】
ｆ＝ｆrev・（ｎ＋ν） …（数１）
または
【００４２】
【数２】
ｆ＝ｆrev・（ｎ＋１−ν） …（数２）
で、周波数幅Δｆは、
【００４３】
【数３】
Δｆ＝ｆrev・Δν …（数３）
で求められる。
【００４４】ビーム出射用高周波発生装置１０により、
中心周波数ｆが１ＭＨｚで、周波数幅Δｆが５０ｋＨｚ
の高周波を発生させる場合について、図２および図３を
用いて説明する。
中心周波数ｆが１ＭＨｚで、周波数幅Δｆが５０ｋＨｚ
の高周波を発生させる場合について、図２および図３を
用いて説明する。
【００４５】ビーム出射用高周波発生装置１０は、能動
素子であるオペアンプ等のアナログ乗算器２１，周波数
を１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで変化できるスイープジェ
ネレータ２２、およびＤＣから有限の周波数帯域をもつ
ノイズ信号を発生する帯域ノイズ発生器２３から構成さ
れている。
素子であるオペアンプ等のアナログ乗算器２１，周波数
を１ＭＨｚから１０ＭＨｚまで変化できるスイープジェ
ネレータ２２、およびＤＣから有限の周波数帯域をもつ
ノイズ信号を発生する帯域ノイズ発生器２３から構成さ
れている。
【００４６】スイープジェネレータ２２の信号２４と帯
域ノイズ発生器の信号２５は乗算器２１に入力される。
信号２４の周波数を１ＭＨｚ、信号２５の周波数帯域を
０〜２５ｋＨｚとした場合、乗算器２１は、中心周波数
ｆが１ＭＨｚで５０ｋＨｚの帯域幅Δｆの高周波信号１
３を出力する。
域ノイズ発生器の信号２５は乗算器２１に入力される。
信号２４の周波数を１ＭＨｚ、信号２５の周波数帯域を
０〜２５ｋＨｚとした場合、乗算器２１は、中心周波数
ｆが１ＭＨｚで５０ｋＨｚの帯域幅Δｆの高周波信号１
３を出力する。
【００４７】周回するプロトンビームのエネルギーが変
化すると、周回周波数ｆrev 及びビームエネルギーの範
囲の幅が変化するが、本実施例においては、変化するビ
ームエネルギー幅のうち、最大の幅に対応するベータト
ロン振動数の幅に予めΔνを設定しているので、ビーム
エネルギーの幅が変化しても、その変化は周波数幅Δｆ
に含まれる。従って、ビームエネルギーが変化しても、
プロトンビームのベータトロン振動振幅を増加させるの
に適当な高周波を得ることができる。
化すると、周回周波数ｆrev 及びビームエネルギーの範
囲の幅が変化するが、本実施例においては、変化するビ
ームエネルギー幅のうち、最大の幅に対応するベータト
ロン振動数の幅に予めΔνを設定しているので、ビーム
エネルギーの幅が変化しても、その変化は周波数幅Δｆ
に含まれる。従って、ビームエネルギーが変化しても、
プロトンビームのベータトロン振動振幅を増加させるの
に適当な高周波を得ることができる。
【００４８】高周波制御装置８は、６極電磁石１４がビ
ームの安定限界を形成しているときに、ビーム出射用高
周波発生装置１０を制御して、高周波信号１３を電極７
に印加する。
ームの安定限界を形成しているときに、ビーム出射用高
周波発生装置１０を制御して、高周波信号１３を電極７
に印加する。
【００４９】このとき、電極７に印加する高周波信号１
３の強度を変えることによって、電極７に発生する高周
波電磁場の大きさが変わり、出射ビームの電流の大き
さ、すなわち出射ビームの強度を変えることができる。
３の強度を変えることによって、電極７に発生する高周
波電磁場の大きさが変わり、出射ビームの電流の大き
さ、すなわち出射ビームの強度を変えることができる。
【００５０】本実施例では、高周波制御装置８によっ
て、スイープジェネレータ２２、または帯域ノイズ発生
器２３を制御して、出力２４の強度、または出力２５の
強度を変えれば、乗算器２１の高周波信号１３の強度を
変えることができ、従ってビーム強度を変えることがで
きる。また、高周波制御装置８が乗算器２１を制御し
て、高周波信号１３の強度を変化させてもよい。
て、スイープジェネレータ２２、または帯域ノイズ発生
器２３を制御して、出力２４の強度、または出力２５の
強度を変えれば、乗算器２１の高周波信号１３の強度を
変えることができ、従ってビーム強度を変えることがで
きる。また、高周波制御装置８が乗算器２１を制御し
て、高周波信号１３の強度を変化させてもよい。
【００５１】また、高周波制御装置８がスイープジェネ
レータ２２を制御して、周回周波数ｆrev に対応して中
心周波数ｆを変化させれば、加速途中で周回周波数ｆre
v が変化しているときも、ビームを出射することができ
る。従って、加速途中でビームエネルギーが変化してい
るときも、ビームを出射することができる。
レータ２２を制御して、周回周波数ｆrev に対応して中
心周波数ｆを変化させれば、加速途中で周回周波数ｆre
v が変化しているときも、ビームを出射することができ
る。従って、加速途中でビームエネルギーが変化してい
るときも、ビームを出射することができる。
【００５２】本実施例では、スイープジェネレータ２２
を使用しているが、スイープジェネレータ２２の代わり
に周波数が一定の発振器を用い、その発振周波数を順次
変化させてもよい。
を使用しているが、スイープジェネレータ２２の代わり
に周波数が一定の発振器を用い、その発振周波数を順次
変化させてもよい。
【００５３】次に、ビーム出射用高周波発生装置１０
に、乗算器として受動素子のミキサー３１，周波数を掃
引するスイープジェネレータ３２，周波数帯域を有する
帯域ノイズ発生器３３で構成した例を図４に示す。ミキ
サー３１はＤＣから掛算することができないので前例と
同様な周波数では所望の高周波信号１３は得られない。
一例として、所望の高周波信号１３の中心周波数が１Ｍ
Ｈｚから１０ＭＨｚまで変化し、周波数幅が５０ｋＨｚ
の場合について図５を用い説明する。周波数を掃引する
スイープジェネレータ３２は、周波数２０ＭＨｚから２
９ＭＨｚを掃引する。帯域ノイズ発生器３３では、中心
周波数１９ＭＨｚで幅５０ｋＨｚの帯域を有するノイズ
３５を発生する。スイープジェネレータの信号３４と帯
域ノイズ発生器の信号３５はミキサー３１に入力され
る。ミキサー３１の出力３７はスイープジェネレータ３
２の周波数±帯域ノイズ発生器３３の周波数となる。ス
イープジェネレータ３２の周波数＋帯域ノイズ発生器３
３の周波数は必要ないので、ローパスフィルター３６で
取り除き、スイープジェネレータ３２の周波数−帯域ノ
イズ発生器３３の周波数、即ち所望の周波数１３を得る
ことができる。上記は一例であり周波数は、自由に選択
できる。
に、乗算器として受動素子のミキサー３１，周波数を掃
引するスイープジェネレータ３２，周波数帯域を有する
帯域ノイズ発生器３３で構成した例を図４に示す。ミキ
サー３１はＤＣから掛算することができないので前例と
同様な周波数では所望の高周波信号１３は得られない。
一例として、所望の高周波信号１３の中心周波数が１Ｍ
Ｈｚから１０ＭＨｚまで変化し、周波数幅が５０ｋＨｚ
の場合について図５を用い説明する。周波数を掃引する
スイープジェネレータ３２は、周波数２０ＭＨｚから２
９ＭＨｚを掃引する。帯域ノイズ発生器３３では、中心
周波数１９ＭＨｚで幅５０ｋＨｚの帯域を有するノイズ
３５を発生する。スイープジェネレータの信号３４と帯
域ノイズ発生器の信号３５はミキサー３１に入力され
る。ミキサー３１の出力３７はスイープジェネレータ３
２の周波数±帯域ノイズ発生器３３の周波数となる。ス
イープジェネレータ３２の周波数＋帯域ノイズ発生器３
３の周波数は必要ないので、ローパスフィルター３６で
取り除き、スイープジェネレータ３２の周波数−帯域ノ
イズ発生器３３の周波数、即ち所望の周波数１３を得る
ことができる。上記は一例であり周波数は、自由に選択
できる。
【００５４】本実施例の加速器によれば、周回するプロ
トンビームのビームエネルギーが変化しても、プロトン
ビームを出射することができる。また、プロトンビーム
のビーム強度を変えることができるので、癌治療等の医
療用装置では、照射対象によってビーム強度を調節でき
る。また、加速途中のプロトンビームを出射することが
できるので、患者の患部深さ方向にビームの照射ができ
る。
トンビームのビームエネルギーが変化しても、プロトン
ビームを出射することができる。また、プロトンビーム
のビーム強度を変えることができるので、癌治療等の医
療用装置では、照射対象によってビーム強度を調節でき
る。また、加速途中のプロトンビームを出射することが
できるので、患者の患部深さ方向にビームの照射ができ
る。
【００５５】（実施例２）第二の実施例の出射制御装置
６０を備えた加速器を図６を用いて説明する。
６０を備えた加速器を図６を用いて説明する。
【００５６】本実施例の加速器は、第１の実施例の加速
器と同様の構成に加えて、偏向電磁石３に接続されて磁
場強度６２を検出し、検出した磁場強度６２に基づいて
クロック信号６３を出力するＢ−クロック１９，電極７
への高周波信号の供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ１
５、および、出射制御装置６０を備えている。
器と同様の構成に加えて、偏向電磁石３に接続されて磁
場強度６２を検出し、検出した磁場強度６２に基づいて
クロック信号６３を出力するＢ−クロック１９，電極７
への高周波信号の供給をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ１
５、および、出射制御装置６０を備えている。
【００５７】出射制御装置６０は、高周波制御装置８，
電源用制御装置１８、及び中央制御装置１６を有する。
電源用制御装置１８、及び中央制御装置１６を有する。
【００５８】高周波制御装置８は、第１の実施例と同様
に、ビーム出射用高周波発生装置１０を制御して、高周
波信号１３の強度及び中心周波数を変化させる機能を持
つ。
に、ビーム出射用高周波発生装置１０を制御して、高周
波信号１３の強度及び中心周波数を変化させる機能を持
つ。
【００５９】電源用制御装置１８は、高周波加速空胴５
の電源６１を制御して、高周波加速空胴５に供給される
高周波電力の強度及び周波数を変化させる機能を持つ。
の電源６１を制御して、高周波加速空胴５に供給される
高周波電力の強度及び周波数を変化させる機能を持つ。
【００６０】中央制御装置１６は、目標のビームエネル
ギーをもつ出射ビームを得るために、予め設定された周
波数の変化（以下、周波数パターンと呼ぶ）をもち、周
波数パターンに従って、高周波制御装置８および電源用
制御装置１８を制御する機能をもつ。また、中央制御装
置１６は、スイッチ１５の開閉を行うタイミングパター
ンも予め設定されており、それに従って高周波スイッチ
１５を制御する機能をもつ。
ギーをもつ出射ビームを得るために、予め設定された周
波数の変化（以下、周波数パターンと呼ぶ）をもち、周
波数パターンに従って、高周波制御装置８および電源用
制御装置１８を制御する機能をもつ。また、中央制御装
置１６は、スイッチ１５の開閉を行うタイミングパター
ンも予め設定されており、それに従って高周波スイッチ
１５を制御する機能をもつ。
【００６１】本実施例の加速器では、制御装置（図示せ
ず）が、プロトンビームの軌道を保つために、プロトン
ビームの周回周波数に従って、偏向電磁石３などの電磁
石やその電源を制御して、電磁石がつくる磁場の強度を
調節する。
ず）が、プロトンビームの軌道を保つために、プロトン
ビームの周回周波数に従って、偏向電磁石３などの電磁
石やその電源を制御して、電磁石がつくる磁場の強度を
調節する。
【００６２】本実施例の加速器は、実施例１と同様に、
前段加速器１からビームを入射して、高周波加速空洞５
でエネルギーを与えられ、電極７で高周波電磁界を印加
されて出射される。
前段加速器１からビームを入射して、高周波加速空洞５
でエネルギーを与えられ、電極７で高周波電磁界を印加
されて出射される。
【００６３】前述したように、ベータトロン振動振幅を
増加させるためには、プロトンビームの周回周波数ｆre
v に対応した中心周波数ｆと、ビームエネルギーの範囲
の幅に対応した帯域をもつ高周波信号１３を電極７に供
給することが必要である。
増加させるためには、プロトンビームの周回周波数ｆre
v に対応した中心周波数ｆと、ビームエネルギーの範囲
の幅に対応した帯域をもつ高周波信号１３を電極７に供
給することが必要である。
【００６４】また、ビームエネルギーを変化させるため
にも、プロトンビームの周回周波数ｆrevに対応した周
波数ｆcを有する高周波電力を高周波加速空洞５に供給
することが必要である。
にも、プロトンビームの周回周波数ｆrevに対応した周
波数ｆcを有する高周波電力を高周波加速空洞５に供給
することが必要である。
【００６５】ここで、高周波加速空洞５に供給される高
周波電力の周波数ｆc と、ビームの周回周波数ｆrevと
は、
周波電力の周波数ｆc と、ビームの周回周波数ｆrevと
は、
【００６６】
【数４】
ｆrev＝ｆc／ｈ …（数４）
の関係がある。ただし、ｈはハーモニック数で、加速器
の設計により決まる値で、予め与えておく。
の設計により決まる値で、予め与えておく。
【００６７】本実施例の出射制御装置６０が行う制御に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００６８】中央制御装置１６は、初めにスイッチ１５
を開いたまま、周波数パターンの最初の周波数ｆcを高
周波制御装置８および電源用制御装置１８に渡す。
を開いたまま、周波数パターンの最初の周波数ｆcを高
周波制御装置８および電源用制御装置１８に渡す。
【００６９】高周波制御装置８によって、（数４）の関
係を用いて周回周波数ｆrev が求められ、実施例１と同
様にして、ビーム出射用高周波発生装置１０において高
周波信号１３が発生する。
係を用いて周回周波数ｆrev が求められ、実施例１と同
様にして、ビーム出射用高周波発生装置１０において高
周波信号１３が発生する。
【００７０】同時に、電源用制御装置１８によって、周
波数ｆc の高周波電力が高周波加速空胴５に供給され、
周回するプロトンビームのエネルギーが変化する。
波数ｆc の高周波電力が高周波加速空胴５に供給され、
周回するプロトンビームのエネルギーが変化する。
【００７１】周回するプロトンビームのエネルギーが変
化すると、図示しない制御装置によって、偏向磁石３の
磁場強度が変化し、Ｂ−クロック１９がクロック信号６
３を出力する。
化すると、図示しない制御装置によって、偏向磁石３の
磁場強度が変化し、Ｂ−クロック１９がクロック信号６
３を出力する。
【００７２】中央制御装置１６は、Ｂ−クロック１９か
らクロック信号６３を受けると、周波数パターンの次の
周波数を再び高周波制御装置８および電源用制御装置１
８に渡す。
らクロック信号６３を受けると、周波数パターンの次の
周波数を再び高周波制御装置８および電源用制御装置１
８に渡す。
【００７３】中央制御装置１６は、以上の制御を繰り返
して周波数パターンを進行させ、予め設定されている目
標の周波数、すなわち、目標のビームエネルギーに到達
すると、スイッチ１５を閉じて電極７に高周波信号１３
を供給する。そして、実施例１と同様にして、出射ビー
ムが得られる。
して周波数パターンを進行させ、予め設定されている目
標の周波数、すなわち、目標のビームエネルギーに到達
すると、スイッチ１５を閉じて電極７に高周波信号１３
を供給する。そして、実施例１と同様にして、出射ビー
ムが得られる。
【００７４】本実施例では、中央制御装置１６において
周波数パターンの目標の周波数に達してからスイッチ１
５を閉じるように予め設定しておいたが、周波数パター
ンの開始当初からスイッチ１５を閉じて、加速途中のプ
ロトンビームを出射することにより、ビームエネルギー
を変更しながら、出射ビームを得ることもできる。
周波数パターンの目標の周波数に達してからスイッチ１
５を閉じるように予め設定しておいたが、周波数パター
ンの開始当初からスイッチ１５を閉じて、加速途中のプ
ロトンビームを出射することにより、ビームエネルギー
を変更しながら、出射ビームを得ることもできる。
【００７５】また、本実施例では、高周波制御装置８に
おいて（数４）の関係を用いて周回周波数ｆrev を求め
たが、予め中央制御装置１６において、周波数パターン
に対応した周回周波数ｆrev のパターンを設定してお
き、高周波制御装置８にその周回周波数ｆrev を渡して
もよい。
おいて（数４）の関係を用いて周回周波数ｆrev を求め
たが、予め中央制御装置１６において、周波数パターン
に対応した周回周波数ｆrev のパターンを設定してお
き、高周波制御装置８にその周回周波数ｆrev を渡して
もよい。
【００７６】また、実施例１と同様に、高周波制御装置
８によって、乗算器２１の高周波信号１３の強度を変え
て、ビーム強度を変えることができる。
８によって、乗算器２１の高周波信号１３の強度を変え
て、ビーム強度を変えることができる。
【００７７】本実施例の加速器によれば、任意のビーム
エネルギーのプロトンビームを出射することができる。
本実施例の加速器を用いた癌治療等の医療用装置では、
患部の深さ方向にプロトンビームを照射できる。また、
照射対象によってビーム強度を調節できる。
エネルギーのプロトンビームを出射することができる。
本実施例の加速器を用いた癌治療等の医療用装置では、
患部の深さ方向にプロトンビームを照射できる。また、
照射対象によってビーム強度を調節できる。
【００７８】
【発明の効果】本発明によれば、荷電粒子ビームのエネ
ルギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射することが
できる。
ルギーが変化しても、荷電粒子ビームを出射することが
できる。
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【００８６】
【００８７】
【００８８】
【００８９】
【図１】本装置を医療用装置に適用した第１の実施例を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図２】アナログ乗算器で構成したビーム出射用高周波
発生装置のブロック図。
発生装置のブロック図。
【図３】高周波発生の一例のブロック図。
【図４】ミキサーで構成したビーム出射用高周波発生装
置のブロック図。
置のブロック図。
【図５】高周波発生の一例のブロック図。
【図６】本装置を医療用装置に適用した第２の実施例を
示すブロック図。
示すブロック図。
１…前段加速器、２…入射器、３…偏向電磁石、４…４
極磁石、５…高周波加速空胴、６…出射器、７…電極、
８…高周波制御装置、９…治療室、１０…ビーム出射用
高周波発生装置、１１…患者、１３…高周波信号、１４
…６極電磁石、１５…スイッチ、１６…中央制御装置、
１８…電源用制御装置、１９…Ｂ−クロック、１９，２
０…真空ダクト、２１…アナログ乗算器、２２…スイー
プジェネレータ、２３，３３…帯域ノイズ発生器、３１
…ミキサー、３２…スイープジェネレータ、３６…ロー
パスフィルタ、６０…出射制御装置、６１…電源。
極磁石、５…高周波加速空胴、６…出射器、７…電極、
８…高周波制御装置、９…治療室、１０…ビーム出射用
高周波発生装置、１１…患者、１３…高周波信号、１４
…６極電磁石、１５…スイッチ、１６…中央制御装置、
１８…電源用制御装置、１９…Ｂ−クロック、１９，２
０…真空ダクト、２１…アナログ乗算器、２２…スイー
プジェネレータ、２３，３３…帯域ノイズ発生器、３１
…ミキサー、３２…スイープジェネレータ、３６…ロー
パスフィルタ、６０…出射制御装置、６１…電源。
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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 正嗣
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８−64400（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−14699（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05H 13/04
A61N 5/10
H05H 7/10
Claims (7)
- 【請求項１】加速器を周回する荷電粒子ビームに電極を
介して高周波電磁場を印加することにより、前記加速器
から荷電粒子ビームを出射させるビーム出射用高周波発
生装置において、 単一周波数の信号を出力し、かつ該信号の周波数を変化
させることが可能な単一周波数発生手段と、有限の周波
数帯域をもつ信号を出力する帯域ノイズ発生手段と、前
記単一周波数発生手段から出力された信号及び前記帯域
ノイズ発生手段から出力された信号を入力し、かつ両信
号を乗算して得られた高周波信号を前記電極に出力する
乗算器とを有する ことを特徴とするビーム出射用高周波
発生装置。 - 【請求項２】前記単一周波数発生手段、前記帯域ノイズ
発生手段、及び前記乗算器のいずれかを制御することに
より、前記乗算器から出力される高周波信号の強度を変
化させることを特徴とする請求項１記載のビーム出射用
高周波発生装置。 - 【請求項３】荷電粒子ビームを入射する入射器と、荷電
粒子ビームが周回する真空ダクトと、前記真空ダクトに
沿って配置された電磁石と、荷電粒子ビームにエネルギ
ーを与える高周波加速空胴と、荷電粒子ビームに高周波
電磁場を印加する電極と、前記電極に高周波信号を出力
するビーム出射用高周波発生装置と、荷電粒子ビームを
出射する出射器とを備えた加速器において、 前記ビーム出射用高周波発生装置は、単一周波数の信号
を出力し、かつ該信号の周波数を変化させることが可能
な単一周波数発生手段と、有限の周波数帯域をもつ信号
を出力する帯域ノイズ発生手段と、前記単一周波数発生
手段から出力された信号及び前記帯域ノイズ発生手段か
ら出力された信号を入力し、かつ両信号を乗算して得ら
れた高周波信号を前記電極に出力する乗算器とを有する
ことを特徴とする加速器。 - 【請求項４】前記ビーム出射用高周波発生装置は、前記
単一周波数発生手段、前記帯域ノイ ズ発生手段、及び前
記乗算器のいずれかを制御することにより、前記乗算器
から出力される高周波信号の強度を変化させることを特
徴とする請求項３記載の加速器。 - 【請求項５】前記ビーム出射用高周波発生装置は、周回
する荷電粒子ビームの周回周波数に応じて前記単一周波
数発生手段から出力される信号の周波数を変化させるこ
とを特徴とする請求項３記載の加速器。 - 【請求項６】前記ビーム出射用高周波発生装置は、周回
する荷電粒子ビームのエネルギーに応じて前記単一周波
数発生手段から出力される信号の周波数を変化させるこ
とを特徴とする請求項３記載の加速器。 - 【請求項７】前記ビーム出射用高周波発生装置は、前記
電磁石が発生する磁場の磁場強度に応じて前記単一周波
数発生手段から出力される信号の周波数を変化させるこ
とを特徴とする請求項３記載の加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30094095A JP3397025B2 (ja) | 1994-11-18 | 1995-11-20 | ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-284779 | 1994-11-18 | ||
| JP28477994 | 1994-11-18 | ||
| JP30094095A JP3397025B2 (ja) | 1994-11-18 | 1995-11-20 | ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213200A JPH08213200A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3397025B2 true JP3397025B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=26555604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30094095A Expired - Lifetime JP3397025B2 (ja) | 1994-11-18 | 1995-11-20 | ビーム出射用高周波発生装置及びそれを用いた加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3397025B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1046861C (zh) * | 1998-01-08 | 1999-12-01 | 深圳奥沃国际科技发展有限公司 | 质子治疗装置的能量调节系统 |
| JP5245193B2 (ja) * | 2005-09-07 | 2013-07-24 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法 |
-
1995
- 1995-11-20 JP JP30094095A patent/JP3397025B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213200A (ja) | 1996-08-20 |
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