JP5502717B2 - 重粒子線治療用重粒子イオン発生装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る重粒子イオン発生装置1を具備する重粒子線治療装置300の構成例を示した図である。重粒子線治療装置300は、重粒子イオン発生装置1、加速器40、X用電磁石30a、Y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。
図2は、第1の実施形態に係る重粒子イオン発生装置1の構成例を示す図である。重粒子イオン発生装置1は、窓23を有する容器22、容器22内部に設置される物質2、パルス状のレーザ光Lを発生するレーザ光源3、ビーム径調節手段4、集光手段5、偏向手段6、電極手段7、シャッタ手段8、観測手段9、集光径演算部10、焦点位置調節手段11、制御部12等を備えて構成される。
d=k・λ・F (1)
ここで、kは定数、λはレーザ光の波長、FはF値である。
θ=(λf)/(2υ) (2)
ここで、λはレーザ光の波長、υは音速度である。
レーザによって励起されるプラズマ中の重粒子イオンの価数は、物質2へ集光照射されるレーザ光Lのエネルギー密度と正の相関があり、重粒子線治療に適する高い価数の重粒子イオンを安定して得るためには、高い集光密度を持ち、かつその集光密度が一定に保たれたレーザ光Lを物質2の表面上に集光照射する必要がある。
第1の実施形態に係る重粒子イオン発生装置1によれば、プラズマの2次元画像を観測して物質表面上におけるレーザ光Lの集光直径d’を求め、集光直径d’が予め設定された集光直径dとなるように物質の位置を調節することにより、常に集光直径dのレーザ光Lを物質に照射することができ、価数が高い重粒子イオンを含むプラズマが安定して発生し、重粒子線治療装置に必要な数の重粒子イオンを安定して生成することが可能となる。
図7は、第2の実施形態に係る重粒子イオン発生装置1aの構成例を示す図である。第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(1/ft)=(1/fs)+(1/fl)−(δ/(fs・fl)) (3)
ここで、δはレンズアレイと集光レンズの間の距離である。
第1の実施形態と同様に、レーザ光源3から照射されるレーザ光Lは、容器22の窓23を通って内部に設置された物質2へ照射されるが、レーザ光Lが物質2に対して斜めに照射されるため、物質2の表面上のビーム形状は楕円形となる。そこで、ビーム径調節手段4において直交2方向のビーム径が調節されたレーザ光Lに対し、ビーム扁平手段16によって予め一方向(この場合は紙面に垂直方向)に所定量だけ扁平させる。この結果、物質2の表面上においてはビーム形状が円形になる。これにより、物質2に対して直交2方向とも集光直径dをもつ円形のレーザ光Lを集光照射することができる。なお、物質2に対してレーザ光Lを垂直に入射する構成も可能であり、この場合は物質2の表面上のビーム形状は円形であるため、ビーム扁平手段16は不要である。
第2の実施形態に係る重粒子イオン発生装置1aによれば、プラズマの2次元画像を観測して物質2の表面上におけるレーザ光Lの集光直径d’を求め、集光直径d’が予め設定された集光直径dとなるように集光レンズの位置やビーム直径を調節することにより、常に集光直径dのパルスレーザ光を物質に照射することができ、価数が高い重粒子イオンを含むプラズマが安定して発生し、重粒子線治療装置に必要な数の重粒子イオンを安定して生成することが可能となる。
2 物質
3 レーザ光源
4 ビーム径調節手段
5 集光手段
6 偏向手段
7 電極手段
8 シャッタ手段
9 観測手段
10 集光径演算部
11 焦点位置調節手段
12 制御部
16 ビーム扁平手段
17 空間分布均一化手段
18 回折光観測手段
19 集光レンズ移動手段
Claims (13)
- レーザ光の照射によってプラズマを発生する物質と、
前記物質を真空環境下で収納する容器と、
前記容器に設けられた窓を通して前記物質に照射するパルス状のレーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光源と前記窓の間に配設され、前記物質上に前記レーザ光の焦点が形成されるように前記レーザ光を集光する集光手段と、
前記レーザ光の照射によって前記物質から発生したプラズマから重粒子イオンをクーロン力によって引き出し、前記容器の外部に送り出す電極手段と、
前記物質から発生するプラズマを観測し、前記物質に接する領域のプラズマ径から前記レーザ光の集光径を求める観測手段と、
前記物質の位置または前記集光手段の位置を調節する位置調節手段と、
前記観測手段で求めた前記集光径が所定の基準集光径となるように、前記位置調節手段による前記物質または前記集光手段の位置調節を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記位置調節手段は、前記物質の位置を前記レーザ光の進行方向に対して調節する、
ことを特徴とする請求項1に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記位置調節手段は、前記集光手段の位置を前記レーザ光の進行方向に対して調節する、
ことを特徴とする請求項1に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記レーザ光源と前記集光手段との間に配設され、前記レーザ光のビーム径を拡大または縮小可能なビーム径調節手段、をさらに備え、
前記制御部は、前記観測手段で求めた前記集光径が前記所定の基準集光径となるように、前記ビーム径調節手段による前記ビーム径の調節をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記窓に入射する前記光ビームは直線偏光であり、前記窓への入射角はブリュースター角に設定されている、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記レーザ光源と前記集光手段との間に配設され、前記物質上の焦点におけるレーザ光エネルギー密度を空間的に均一化する空間分布均一化手段、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記空間分布均一化手段は、レンズアレイによってレーザ光を空間分割し、空間分割されたレーザ光を前記集光手段によって集光する手段である、
ことを特徴とする請求項6に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記空間分布均一化手段は、積分球またはカライドスコープによって、前記レーザ光の径方向のエネルギー密度を空間的に均一化する手段である、
ことを特徴とする請求項6に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記レーザ光源と前記窓との間に配設され、前記物質に対して斜めに入射する前記レーザビームの前記物質表面における形状が円形となるように、前記レーザ光のビーム形状を予め扁平に整形するビーム扁平手段、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記レーザ光源と前記窓の間に配設され、前記レーザ光の偏向角を調節する偏向手段、をさらに備え、
前記制御部は、前記観測手段で求めた前記集光径が前記所定の基準集光径となるように、前記偏向手段による前記偏向角の調節をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記偏向手段は、音響光学効果によって、印加する制御信号の周波数に比例して偏向角を調節する手段である、
ことを特徴とする請求項10に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記物質の回折光の所定方向の長さを観測する回折光観測手段、をさらに備え、
前記制御部は、前記回折光観測手段で求めた前記所定方向の長さが所定の基準長より長い場合は、前記物質の表面が所定の粗さよりも粗いと推定し、前記偏向手段による前記偏向角を変更して前記物質上の焦点位置を変更する、
ことを特徴とする請求項10または11に記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。 - 前記容器の内側であって、前記窓に隣接して設けられるシャッタ手段、をさらに備え、
前記シャッタ手段は、前記パルス状のレーザ光のパルスのオン、オフに同期して前記窓を開閉し、前記パルスがオンの期間は前記窓を開き、それ以外の期間は前記窓を閉じる、
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の重粒子線治療用重粒子イオン発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010283554A JP5502717B2 (ja) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | 重粒子線治療用重粒子イオン発生装置 |
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Publications (2)
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JP2012133935A JP2012133935A (ja) | 2012-07-12 |
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ID=46649331
Family Applications (1)
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Families Citing this family (3)
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Family Cites Families (1)
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