JP5680008B2 - イオン源、重粒子線照射装置、イオン源の駆動方法、および、重粒子線照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザの照射によりイオンビームを生成するイオン源、重粒子線照射装置、イオン源の駆動方法、および、重粒子線照射方法に関する。

レーザの照射によりイオンビームを生成する装置として、イオン源が知られている。イオン源は、イオンを高エネルギー化させてイオンビームとして外部装置に出力する。外部装置としては、がん治療に利用される重粒子線照射装置が例示される。重粒子線照射装置は、イオンビームを加速させて重粒子線として照射対象の部位に照射する装置である。イオンには、たとえば炭素イオンが用いられ、特に、がん治療においては６価の炭素イオンが用いられる。

イオン源としては、マイクロ波放電プラズマを用いる方式と、レーザを用いる方式（たとえば特許文献１、２参照）とが挙げられる。

レーザを用いたイオン源は、レーザ光を真空容器内のターゲットの表面に照射し、レーザ光のエネルギーによりターゲットの元素を蒸発・イオン化させてプラズマ（レーザアブレーションプラズマ）を生成する。そして、レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを真空容器内から引き出し、引き出しの際にイオンを加速させてイオンビームを生成する。レーザを用いたイオン源は、レーザ光のエネルギーおよび密度を調整することにより、６価の炭素イオンのように、多価イオンを発生させることができる。

特許第３７１３５２４号公報 特開２００９−３７７６４号公報

レーザを用いたイオン源では、次のような理由により、目的イオン（６価の炭素イオン）とは異なる目的外イオンが真空容器内に混在する場合がある。たとえばターゲットに水分や汚れが付着している場合、汚染物質のイオン（２価の水素イオン、８価の酸素イオンなど）が目的外イオンとして真空容器内に混在する可能性がある。また、真空容器内に残留ガスが存在する場合、残留ガス成分のイオンが目的外イオンとして真空容器内に混在する可能性がある。目的外イオンが真空容器内に混在する場合、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器内から引き出されてイオンビームとして出力されてしまう。

本発明が解決しようとする課題は、真空容器内のイオンのうちの目的イオンとは異なる目的外イオンを常時監視することにある。

本発明に係るイオン源は、重粒子線照射装置のイオンビーム加速装置にイオンビームを供給するイオン源であって、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことによりイオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る重粒子線照射装置は、イオン源と、前記イオン源からのイオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力するイオンビーム加速装置と、を具備する重粒子線照射装置であって、前記イオン源は、運転指示信号に応じて、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させ、停止指示信号に応じて前記レーザアブレーションプラズマの発生を停止させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことにより前記イオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、前記運転指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記停止指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力する運転制御用信号処理回路と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る重粒子線照射装置は、イオン源と、前記イオン源からのイオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力するイオンビーム加速装置と、を具備する重粒子線照射装置であって、前記イオン源は、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことにより前記イオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、を具備し、前記重粒子線照射装置は、開指示信号に応じて前記イオンビームを出力し、閉指示信号に応じて前記イオンビームの出力を停止する出力停止用ゲートバルブと、前記開指示信号を前記出力停止用ゲートバルブに出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記閉指示信号を前記出力停止用ゲートバルブに出力する出力停止用信号処理回路と、をさらに具備することを特徴とする。

本発明に係るイオン源の駆動方法は、重粒子線照射装置のイオンビーム加速装置にイオンビームを供給するイオン源の駆動方法であって、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る重粒子線照射方法は、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、前記イオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力する工程と、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記レーザアブレーションプラズマの発生を停止させる工程と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る重粒子線照射方法は、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、前記イオンビームを出力する工程と、前記イオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力する工程と、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記イオンビームの出力を停止する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、真空容器内のイオンのうちの目的イオンとは異なる目的外イオンを常時監視することができる。

第１実施形態に係るイオン源の構成を示す模式的断面図である。 第２実施形態に係るイオン源の構成を示す模式的断面図である。 第３実施形態に係るイオン源の構成を示す模式的断面図である。 図３のイオン源の動作を示すフローチャートである。 第４実施形態に係るイオン源の構成を示す模式的断面図である。 図５のイオン源の動作を示すフローチャートである。 第１応用例として、第３実施形態に係るイオン源が適用された重粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。 第２応用例として、第１実施形態に係るイオン源が適用された重粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。 図８の重粒子線照射装置の動作を示すフローチャートである。 第３応用例として、第３実施形態に係るイオン源が適用された重粒子線照射装置の構成を示すブロック図である。 図１０の重粒子線照射装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るイオン源の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るイオン源１５の構成を示す模式的断面図である。

第１実施形態に係るイオン源１５は、真空容器１と、イオン検出器９と、イオンビーム引き出し部１８と、レーザアブレーションプラズマ発生装置２７と、を具備している。レーザアブレーションプラズマ発生装置２７は、照射装置１３と、高圧電源１６とを含んでいる。

真空容器１はステンレス鋼製であり、真空容器１内の中央部にはターゲット２が設置されている。ターゲット２としては、炭素系の板状部材が例示される。真空容器１には排気口（図示しない）が形成されていて、この排気口には、真空容器１内を真空排気するための真空ポンプ（図示しない）が接続されている。

高圧電源１６は、信号ケーブルを介して真空容器１内のターゲット２に接続され、ターゲット２に高電圧を印加する。

真空容器１には、後述のレーザ光３を入射するための入射窓１ａが設けられている。照射装置１３は、真空容器１の外から入射窓１ａを介して、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる。

その照射装置１３は、レーザ電源１３ａと、レーザ発振器１３ｂと、複数のレーザミラー１３ｃ、１３ｄと、を具備している。

レーザ電源１３ａは、信号ケーブルを介してレーザ発振器１３ｂに接続され、レーザ発振器１３ｂに電力を供給する。レーザ発振器１３ｂは、レーザ電源１３ａから供給される電力を用いてレーザ光３を発生させる。レーザ光３としては、炭素ガスレーザやＮｄ−ＹＡＧレーザが例示される。複数のレーザミラー１３ｃ、１３ｄは、レーザ光３を反射させることにより集光して、真空容器１の外から入射窓１ａを介して真空容器１内のターゲット２の表面に照射する。

たとえば複数のレーザミラーを図１に示すレーザミラー１３ｃ、１３ｄとした場合、レーザミラー１３ｃは、レーザ発振器１３ｂからのレーザ光３がレーザミラー１３ｄに向かって反射するように配置されていて、レーザミラー１３ｄは、レーザミラー１３ｃからのレーザ光３が、真空容器１の外から入射窓１ａを介して真空容器１内のターゲット２の表面に照射されるように配置されている。

真空容器１には、真空容器１内のターゲット２の表面に対向して設けられたイオン引出用貫通孔１ｂが設けられている。イオンビーム引き出し部１８は、ターゲット２の表面に生成されたレーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内からイオン引出用貫通孔１ｂを介して引き出すことによりイオンビーム５を生成し、外部装置２９に出力する。

そのイオンビーム引き出し部１８は、引き出し電極６と、複数の中間電極７ａ、７ｂと、加速電極８と、筐体１７と、を具備している。

引き出し電極６は、真空容器１の内壁にターゲット２の表面に対向して設けられ、イオン引出用貫通孔１ｂに対応する部分に貫通孔が形成されている。引き出し電極６には第１バイアス電圧が印加されていて、引き出し電極６は、ターゲット２の表面に生成されたレーザアブレーションプラズマ４内のイオンを第１バイアス電圧により自身の方向に引き出す。

筐体１７は、その一端がイオン引出用貫通孔１ｂを覆うように真空容器１に連結され、その他端が外部装置２９に接続されている。中間電極７ａ、７ｂは、筐体１７内で筐体１７の長さ方向に平行に設けられ、所定間隔だけ離れて互いに向かうように配置されている。中間電極７ａ、７ｂには、第１バイアス電圧より低い第２バイアス電圧が印加されていて、中間電極７ａ、７ｂは、引き出し電極６に引き出されたイオンを第２バイアス電圧により筐体１７内に引き出す。

加速電極８は、引き出し電極６に対向して筐体１７の他端に設けられている。加速電極８には、第２バイアス電圧より低い第３バイアス電圧（たとえば接地電圧）が印加されていて、加速電極８は、筐体１７内のイオンを第３バイアス電圧により加速させてイオンビーム５を生成し、外部装置２９に出力する。

イオン検出器９は真空容器１内に設けられている。イオン検出器９は、真空容器１内のイオンのうちの、ターゲット２を構成する元素がイオン化された目的イオン（６価の炭素イオン）とは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として目的外イオンの数、または、目的イオンに対する目的外イオンの混合比である値を表す検出信号１４を、信号ケーブルを介して真空容器１外に出力する。

イオン検出器９としては、電場および磁場の少なくとも一方を与えることにより分析用イオンを検出するＱ−ｍａｓｓ（Ｑ／ＭＳ）やウィーンフィルタが例示される。その分析用イオンとして目的外イオンが検出されるように、イオン検出器９に対して電場や磁場が調整される。イオン検出器９は、真空容器１内のターゲット２の表面でレーザアブレーションプラズマ４が発生する部分（以下、発生部分と称する）に対して電場および磁場の少なくとも一方を与えることにより目的外イオンを検出（分析）し、検出結果として検出信号１４を、信号ケーブルを介して真空容器１外に出力する。

レーザアブレーションプラズマ４により生成されるイオンのうちの、レーザアブレーションプラズマ４の発生部分から拡散していくイオンは、その大部分がイオンビーム引き出し部１８によって引き出されずに真空容器１内に留まる。一方、レーザアブレーションプラズマ４の発生部分から拡散しないイオンは、ターゲット２の表面に対向して設けられたイオンビーム引き出し部１８によって引き出される。したがって、レーザアブレーションプラズマ４の発生部分に対して電場および磁場の少なくとも一方を与えられるようにイオン検出器９を配置することによって、イオン検出器９は、イオンビーム引き出し部１８により引き出されるイオンを検出することができる。

ここで、目的外イオンは１種類とは限らない。たとえばターゲットに水分や汚れが付着している場合、汚染物質のイオン（２価の水素イオン、８価の酸素イオンなど）が目的外イオンとして真空容器１内に混在する。また、真空容器１内に残留ガスが存在する場合、残留ガス成分のイオンが目的外イオンとして真空容器１内に混在する。このように、汚染物質のイオンや残留ガス成分のイオンなどの複数種類の目的外イオンが真空容器１内に混在する可能性がある。そこで、複数種類の目的外イオンに対してそれぞれイオン検出器９を真空容器１内に配置することによって、複数種類の目的外イオンを検出することもできる。

次に、イオン源１５の動作（駆動方法）について説明する。

まず、高圧電源１６はターゲット２に高電圧を印加する。照射装置１３は、６価の炭素イオンを発生させるためにレーザ光３のエネルギーおよび密度を調整し、そのレーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる。このとき、イオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出することによりイオンビーム５を生成する。また、イオン検出器９は、真空容器１内の目的外イオンを検出し、検出結果として検出信号１４を、信号ケーブルを介して真空容器１外に出力する。

以上の説明により、第１実施形態に係るイオン源１５によれば、上述のイオン検出器９が真空容器１内の目的外イオンを検出して検出信号１４を出力するため、イオン源１５の運転を中断せずに、目的外イオンを常時監視することができる。

また、第１実施形態に係るイオン源１５によれば、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合は目的外イオンの数が非常に多いため、その検出信号１４の値を参考にして目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビームとして出力されないように対策を行うことができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るイオン源について、第１実施形態からの変更点のみ説明する。図１と同一部分には同一符号を付し、特に記載していない部分は第１実施形態と同様である。

図２は、第２実施形態に係るイオン源１５の構成を示す模式的断面図である。

第２実施形態に係るイオン源１５は、さらに、イオン検出器収容容器９ａと、イオン検出用ゲートバルブ１０と、を具備している。

真空容器１には、イオン検出器９がイオンを検出するためのイオン検出用貫通孔１ｃが設けられ、そのイオン検出用貫通孔１ｃを覆うようにノズル１ｄが設けられている。ノズル１ｄの先端にはフランジ１０ａが設けられている。

イオン検出器収容容器９ａは、たとえば真空容器１と同様にステンレス鋼製であり、その一端にフランジ１０ｂが設けられている。イオン検出用ゲートバルブ１０はフランジ１０ａとフランジ１０ｂとに挟まれて設けられ、開閉可能である。イオン検出用ゲートバルブ１０が開いている状態では、イオン検出器収容容器９ａ内は真空容器１とともに真空排気される。イオン検出器収容容器９ａ内にはイオン検出器９が収容される。

イオン検出器９は、真空容器１内のターゲット２の表面でレーザアブレーションプラズマ４の発生部分に対して電場および磁場の少なくとも一方を与えることにより目的外イオンを検出し、検出結果として検出信号１４を、信号ケーブルを介してイオン検出器収容容器９ａ外に出力する。

第２実施形態に係るイオン源１５によれば、真空容器１に連結したイオン検出器収容容器９ａ内にイオン検出器９が配置されているため、イオン検出用ゲートバルブ１０を閉めた状態で真空容器１とイオン検出器収容容器９ａとを切り離すことができる。すなわち、イオン源１５の運転を中断せずに、イオン検出器９が収容されたイオン検出器収容容器９ａを脱着することができる。

また、第２実施形態に係るイオン源１５によれば、イオン検出器収容容器９ａを取り外したときにイオン検出器９に対する保守点検を行うことができる。このため、イオン検出器９に対してメンテナンス性が向上する。

［第３実施形態］
第３実施形態に係るイオン源について、第１および第２実施形態からの変更点のみ説明する。図１と同一部分には同一符号を付し、特に記載していない部分は第１および第２実施形態と同様である。

図３は、第３実施形態に係るイオン源１５の構成を示す模式的断面図である。

第３実施形態に係るイオン源１５は、さらに、運転制御用信号処理回路１１を具備している。運転制御用信号処理回路１１は、信号ケーブルを介してイオン検出器９と照射装置１３とに接続されている。照射装置１３は、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ光３を、真空容器１の外から入射窓１ａを介して真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる。また、照射装置１３は、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ光３の照射を停止する。運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａを照射装置１３に出力し、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合に停止指示信号１２ｂを照射装置１３に出力する。

図４は、図３のイオン源１５の動作を示すフローチャートである。

まず、高圧電源１６はターゲット２に高電圧を印加する。照射装置１３のレーザ電源１３ａはレーザ発振器１３ｂに電力を供給する。また、運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａを照射装置１３のレーザ発振器１３ｂに出力する（ステップＳ１）。

レーザ発振器１３ｂは、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ電源１３ａから供給される電力を用いてレーザ光３を発生する。複数のレーザミラー１３ｃ、１３ｄは、レーザ光３を反射させることにより集光して、真空容器１の外から入射窓１ａを介して真空容器１内のターゲット２の表面に照射する。すなわち、照射装置１３は、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる（ステップＳ２）。

このとき、イオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出することによりイオンビーム５を生成し、外部装置２９に出力する。

運転制御用信号処理回路１１は、イオン検出器９から出力された検出信号１４を入力し（ステップＳ３）、その検出信号１４の値と閾値とを比較する（ステップＳ４）。

検出信号１４の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ４−ＮＯ）、運転制御用信号処理回路１１は、次の検出信号１４を入力し、ステップＳ３以降を行う。

検出信号１４の値が閾値を超えた場合（ステップＳ４−ＹＥＳ）、運転制御用信号処理回路１１は、停止指示信号１２ｂを照射装置１３のレーザ発振器１３ｂに出力する（ステップＳ５）。

レーザ発振器１３ｂは、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ光３の発生を停止する。すなわち、照射装置１３は、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ光３の照射を停止する（ステップＳ６）。

運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａおよび停止指示信号１２ｂを照射装置１３のレーザ発振器１３ｂに出力しているが、照射装置１３のレーザ電源１３ａに出力してもよい。または、運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａおよび停止指示信号１２ｂを照射装置１３のレーザ電源１３ａおよびレーザ発振器１３ｂの少なくとも１つの装置に出力してもよい。

運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａおよび停止指示信号１２ｂをレーザ電源１３ａに出力する場合、ステップＳ１において、運転制御用信号処理回路１１が運転指示信号１２ａを照射装置１３のレーザ電源１３ａに出力し、ステップＳ２において、レーザ電源１３ａは、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ発振器１３ｂに電力を供給する。同様に、ステップＳ５において、運転制御用信号処理回路１１が停止指示信号１２ｂを照射装置１３のレーザ電源１３ａに出力し、ステップＳ６において、レーザ電源１３ａは、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ発振器１３ｂへの電力の供給を停止する。

以上の説明により、第３実施形態に係るイオン源１５によれば、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合に運転制御用信号処理回路１１が照射装置１３の運転を停止させるため、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビーム５として出力される事態を防止することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係るイオン源について、第３実施形態からの変更点のみ説明する。図１、図３と同一部分には同一符号を付し、特に記載していない部分は第３実施形態と同様である。

図５は、第４実施形態に係るイオン源１５の構成を示す模式的断面図である。

運転制御用信号処理回路１１は、照射装置１３に代えて、信号ケーブルを介して高圧電源１６に接続されている。高圧電源１６は、運転指示信号１２ａに応じて、ターゲット２に高電圧を印加し、停止指示信号１２ｂに応じて、ターゲット２への電圧の印加を停止する。運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａを高圧電源１６に出力し、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合に停止指示信号１２ｂを高圧電源１６に出力する。

図６は、図５のイオン源１５の動作を示すフローチャートである。

まず、運転制御用信号処理回路１１は、運転指示信号１２ａを高圧電源１６に出力する（ステップＳ１１）。

高圧電源１６は、運転指示信号１２ａに応じて、ターゲット２に高電圧を印加する（ステップＳ１２）。

このとき、照射装置１３は、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる。イオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し、外部装置２９に出力する。

運転制御用信号処理回路１１は、イオン検出器９から出力された検出信号１４を入力し（ステップＳ１３）、検出信号１４の値が閾値を超えた場合（ステップＳ１４−ＹＥＳ）、停止指示信号１２ｂを高圧電源１６に出力する（ステップＳ１５）。

高圧電源１６は、停止指示信号１２ｂに応じて、ターゲット２への電圧の印加を停止する（ステップＳ１６）。

以上の説明により、第３実施形態に係るイオン源１５によれば、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合に運転制御用信号処理回路１１が高圧電源１６の運転を停止させるため、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビーム５として出力される事態を防止することができる。

ここで、運転制御用信号処理回路１１は、信号ケーブルを介してイオン検出器９と照射装置１３と高圧電源１６とに接続されていてもよい。この場合、運転制御用信号処理回路１１と照射装置１３との動作手順については図４に示す第３実施形態の動作手順と同様であり、運転制御用信号処理回路１１と高圧電源１６との動作手順については図６に示す第４実施形態の動作手順と同様である。

イオン源１５は重粒子線照射装置に適用することができる。重粒子線照射装置は、がん治療に利用され、イオンビームを加速させて重粒子線として照射対象の部位に照射する装置である。そこで、重粒子線に目的イオン（６価の炭素イオン）とは異なる目的外イオンが含まれている場合、誤照射の原因となり、照射対象に対しても好ましいことではない。以下に示す応用例では、重粒子線の誤照射を防止する。

［第１応用例］
イオン源１５の応用例について、前述の実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は前述の実施形態と同様である。

図７は、第１応用例として、第３実施形態に係るイオン源１５が適用された重粒子線照射装置２０の構成を示すブロック図である。

第１応用例の重粒子線照射装置２０は、イオン源１５と、前述の外部装置２９であるイオンビーム加速装置１９と、を具備している。イオン源１５は、第３実施形態に係るイオン源１５（図３および図４参照）である。イオンビーム加速装置１９は、イオン源１５からのイオンビーム５を加速させて重粒子線２４として出力する。

イオンビーム加速装置１９は、高周波四重極（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ；以下、ＲＦＱ）線形加速器１９ａと、ドリフトチューブ線形加速器（以下、ＤＴＬ）１９ｂと、円形加速器１９ｃと、を具備している。

ＲＦＱ線形加速器１９ａは、イオン源１５の出力に接続され、高周波により四重極の電場を形成する４枚の電極（図示しない）を備えている。ＲＦＱ線形加速器１９ａは、イオン源１５のイオンビーム引き出し部１８からのイオンビーム５に対して四重極の電場により加速と収束とを同時に行う。

ＤＴＬ１９ｂは、ＲＦＱ線形加速器１９ａの出力に接続され、高周波により中心軸に沿う電場を形成する電極（図示しない）と、中心軸に沿って各々離れて配置されたドリフトチューブ（図示しない）と、を備えている。ＤＴＬ１９ｂは、電場が中心軸に平行な進行方向に向かう期間において、ＲＦＱ線形加速器１９ａからのイオンビーム５を加速させ、電場が進行方向とは逆に向かう期間において、イオンビーム５をドリフトチューブの中に通過させることにより、イオンビーム５を徐々に加速させる。

円形加速器１９ｃは、ＤＴＬ１９ｂの出力に接続され、高周波により周回軌道に沿う電場を形成する電極（図示しない）を備えている。円形加速器１９ｃは、ＤＴＬ１９ｂからのイオンビーム５を電場により周回軌道に沿って周回加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線２４として出力する。

第１応用例の重粒子線照射装置２０の動作手順について説明する。

イオン源１５において、高圧電源１６はターゲット２に高電圧を印加し（図３参照）、運転制御用信号処理回路１１は運転指示信号１２ａを照射装置１３に出力する（図３および図４のステップＳ１参照）。照射装置１３は、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる（図３および図４のステップＳ２参照）。

このとき、イオン源１５のイオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し（図３参照）、イオンビーム加速装置１９に出力する。イオンビーム加速装置１９は、イオン源１５からのイオンビーム５を加速させて重粒子線２４として出力する。

イオン源１５の運転制御用信号処理回路１１は、イオン源１５のイオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合、停止指示信号１２ｂを照射装置１３に出力する（図３および図４のステップＳ３〜Ｓ５参照）。照射装置１３は、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ光３の発生を停止する（図３および図４のステップＳ６参照）。

以上の説明により、第１応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第３実施形態に係るイオン源１５が適用されていることにより、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに運転制御用信号処理回路１１がレーザアブレーションプラズマ発生装置２７（この場合は照射装置１３）の運転を停止させるため、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビーム５として出力される事態を防止することができる。すなわち、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。

なお、第１応用例の重粒子線照射装置２０では、第３実施形態に係るイオン源１５を適用しているが、これに限定されない。たとえば、第４実施形態に係るイオン源１５（図５および図６参照）を適用してもよい。

第４実施形態に係るイオン源１５が適用された場合、イオン源１５において、運転制御用信号処理回路１１は運転指示信号１２ａを高圧電源１６に出力する（図５および図６のステップＳ１１参照）。高圧電源１６は運転指示信号１２ａに応じてターゲット２に高電圧を印加する（図５および図６のステップＳ１２参照）。

このとき、イオン源１５の照射装置１３は、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる（図５参照）。イオン源１５のイオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し（図５参照）、イオンビーム加速装置１９に出力する。イオンビーム加速装置１９は、イオン源１５からのイオンビーム５を加速させて重粒子線２４として出力する。

イオン源１５の運転制御用信号処理回路１１は、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合、停止指示信号１２ｂを高圧電源１６に出力する（図５および図６のステップＳ１３〜Ｓ１５参照）。高圧電源１６は、停止指示信号１２ｂに応じて、ターゲット２への電圧の印加を停止する（図５および図６のステップＳ１６参照）。

第１応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第４実施形態に係るイオン源１５が適用された場合でも、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに運転制御用信号処理回路１１がレーザアブレーションプラズマ発生装置２７（この場合は高圧電源１６）の運転を停止させるため、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。

［第２応用例］
イオン源１５の応用例について、第１応用例からの変更点のみ説明する。図７と同一部分には同一符号を付し、特に記載していない部分は第１応用例と同様である。

図８は、第２応用例として、第１実施形態に係るイオン源１５が適用された重粒子線照射装置２０の構成を示すブロック図である。

第２応用例の重粒子線照射装置２０は、第１実施形態に係るイオン源１５（図１参照）と、イオンビーム加速装置１９と、出力停止用ゲートバルブ２１と、を具備している。

出力停止用ゲートバルブ２１は、イオンビーム加速装置１９のＲＦＱ線形加速器１９ａの入力（イオン源１５の出力）、ＤＴＬ１９ｂの入力、および、円形加速器１９ｃの入力のいずれかに設置されている。図８においては、出力停止用ゲートバルブ２１は、イオンビーム加速装置１９のＤＴＬ１９ｂの出力と円形加速器１９ｃの入力との間に設けられている。出力停止用ゲートバルブ２１は、開指示信号２３ａに応じて開くことによりイオンビーム５を出力し、閉指示信号２３ｂに応じて閉じることによりイオンビーム５の出力を停止する。

出力停止用信号処理回路２２は、信号ケーブルを介してイオン検出器９と出力停止用ゲートバルブ２１とに接続されている。出力停止用信号処理回路２２は、開指示信号２３ａを出力停止用ゲートバルブ２１に出力し、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合に閉指示信号２３ｂを出力停止用ゲートバルブ２１に出力する。

図９は、図８の重粒子線照射装置２０の動作を示すフローチャートである。

まず、出力停止用信号処理回路２２は、開指示信号２３ａを出力停止用ゲートバルブ２１に出力する（ステップＳ２１）。出力停止用ゲートバルブ２１は、開指示信号２３ａに応じて開く（ステップＳ２２）。

また、イオン源１５において、レーザアブレーションプラズマ発生装置２７（照射装置１３および高圧電源１６）は、真空容器１内のターゲット２の表面からレーザアブレーションプラズマ４を発生させ（図１参照）、イオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し（図１参照）、ＲＦＱ線形加速器１９ａに出力する。ＲＦＱ線形加速器１９ａは、イオン源１５のイオンビーム引き出し部１８からのイオンビーム５に対して加速と収束とを行い、ＤＴＬ１９ｂは、イオンビーム５を徐々に加速させる。ここで、出力停止用ゲートバルブ２１は開いているため、イオンビーム５はＤＴＬ１９ｂから円形加速器１９ｃに出力される。円形加速器１９ｃは、ＤＴＬ１９ｂからのイオンビーム５を周回加速させて重粒子線２４として出力する。

出力停止用信号処理回路２２は、イオン検出器９から出力された検出信号１４を入力し（ステップＳ２３）、その検出信号１４の値と閾値とを比較する（ステップＳ２４）。

検出信号１４の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ２４−ＮＯ）、目的イオン（６価の炭素イオン）とは異なる目的外イオンの数が少ない。この場合、出力停止用信号処理回路２２は、次の検出信号１４を入力し、ステップＳ２３以降を行う。

検出信号１４の値が閾値を超えた場合（ステップＳ２４−ＹＥＳ）、目的外イオンの数が多い。この場合、出力停止用信号処理回路２２は、閉指示信号２３ｂを出力停止用ゲートバルブ２１に出力する（ステップＳ２５）。

出力停止用ゲートバルブ２１は、閉指示信号２３ｂに応じて閉じる（ステップＳ２６）。

以上の説明により、第２応用例の重粒子線照射装置２０によれば、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに出力停止用信号処理回路２２が出力停止用ゲートバルブ２１を閉じてイオンビーム５の出力を停止させるため、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビーム５として出力される事態を防止することができる。すなわち、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。

なお、第２応用例の重粒子線照射装置２０において、第１実施形態に係るイオン源１５を適用しているが、これに限定されない。たとえば、第２実施形態に係るイオン源１５（図２参照）を適用してもよい。第２応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第２実施形態に係るイオン源１５が適用される場合でも、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに出力停止用信号処理回路２２が出力停止用ゲートバルブ２１を閉じてイオンビーム５の出力を停止させるため、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。

また、第２応用例の重粒子線照射装置２０において、第３実施形態に係るイオン源１５（図３および図４参照）を適用してもよいし、第４実施形態に係るイオン源１５（図５および図６参照）を適用してもよい。第３または第４実施形態に係るイオン源１５が適用される場合、第２応用例の重粒子線照射装置２０によれば、イオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに、運転制御用信号処理回路１１がレーザアブレーションプラズマ発生装置２７（この場合、照射装置１３または高圧電源１６）の運転を停止させるとともに、出力停止用信号処理回路２２が出力停止用ゲートバルブ２１を閉じてイオンビーム５の出力を停止させるため、第１または第２実施形態に係るイオン源１５が適用される場合に比べて、重粒子線２４の誤照射をさらに防止することができる。

また、第２応用例の重粒子線照射装置２０において、第３または第４実施形態に係るイオン源１５が適用される場合、出力停止用信号処理回路２２は、上述のように運転制御用信号処理回路１１とは別々に設けられてもよいし、運転制御用信号処理回路１１と一体化されてもよい。

［第３応用例］
イオン源１５の応用例について、第１応用例からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１応用例と同様である。

図１０は、第３応用例として、第３実施形態に係るイオン源１５が適用された重粒子線照射装置２０の構成を示すブロック図である。

重粒子線照射装置２０は、第１のイオン源１５ａと、第２のイオン源１５ｂと、イオンビーム加速装置１９と、運転切替用信号処理回路２５と、を具備している。第１のイオン源１５ａおよび第２のイオン源１５ｂは、第３実施形態に係るイオン源１５（図３および図４参照）である。

第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第１のイオン源１５ａの照射装置１３（図３参照）に出力し、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第１のイオン源１５ａの照射装置１３に出力する。同様に、第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第２のイオン源１５ｂの照射装置１３に出力し、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第２のイオン源１５ｂの照射装置１３に出力する。

運転切替用信号処理回路２５は、信号ケーブルを介して第１のイオン源１５ａと第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１に接続されている。運転切替用信号処理回路２５は、各イオン源１５ａ、１５ｂの運転制御用信号処理回路１１を第１制御信号２６ａおよび第２制御信号２６ｂにより制御して、運転させるイオン源を第１のイオン源１５ａまたは第２のイオン源１５ｂに切り替える。イオンビーム加速装置１９は、第１のイオン源１５ａまたは第２のイオン源１５ｂからのイオンビーム５を加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線２４として出力する。

図１１は、図１０の重粒子線照射装置２０の動作を示すフローチャートである。

ここで、第１のイオン源１５ａを運転させ、第２のイオン源１５ｂの運転を停止させる例について説明する。ただし、各イオン源１５ａ、１５ｂの高圧電源１６はターゲット２に高電圧を印加している（図３参照）。

運転切替用信号処理回路２５は、第１制御信号２６ａを第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１に出力するとともに（ステップＳ２１）、第２制御信号２６ｂを第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１に出力する（ステップＳ２２）。

このとき、第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第１のイオン源１５ａの照射装置１３に出力し（ステップＳ２３）、第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１は、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第２のイオン源１５ｂの照射装置１３に出力する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２３において、第１のイオン源１５ａの照射装置１３は、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる（図３および図４のステップＳ２参照）。第１のイオン源１５ａのイオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し（図３参照）、イオンビーム加速装置１９に出力する。イオンビーム加速装置１９は、イオン源１５からのイオンビーム５を加速させて重粒子線２４として出力する。

第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第１のイオン源１５ａのイオン検出器９から出力された検出信号１４を入力し（ステップＳ２５）、その検出信号１４の値と閾値とを比較する（ステップＳ２６）。

検出信号１４の値が閾値を超えた場合（ステップＳ２６−ＹＥＳ）、第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、その旨を表す切替要求信号２８を運転切替用信号処理回路２５に出力する（ステップＳ２７）。

運転切替用信号処理回路２５は、第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１から切替要求信号２８を受け取った場合、第１のイオン源１５ａのイオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたものと認識し、第２制御信号２６ｂを第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１に出力するとともに（ステップＳ２８）、第１制御信号２６ａを第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１に出力する（ステップＳ２９）。

このとき、第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第１のイオン源１５ａの照射装置１３に出力し（ステップＳ３０）、第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第２のイオン源１５ｂの照射装置１３に出力する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３０において、第１のイオン源１５ａの照射装置１３は、停止指示信号１２ｂに応じて、レーザ光３の発生を停止する。すなわち、第１のイオン源１５ａの運転が停止する（図３および図４のステップＳ６参照）。また、ステップＳ３１において、第２のイオン源１５ｂの照射装置１３は、運転指示信号１２ａに応じて、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる。すなわち、第２のイオン源１５ｂが運転する（図３および図４のステップＳ２参照）。

以降、第１のイオン源１５ａと第２のイオン源１５ｂとが交互に切り替えて運転する。

以上の説明により、第３応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第３実施形態に係るイオン源１５が適用されていることにより、第１のイオン源１５ａのイオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに運転切替用信号処理回路２５が第１のイオン源１５ａから第２のイオン源１５ｂに切り替えるため、目的イオンの他に目的外イオンも真空容器１内から引き出されてイオンビーム５として出力される事態を防止することができる。すなわち、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。

また、第３応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第１のイオン源１５ａと第２のイオン源１５ｂとを交互に切り替えて運転させるため、重粒子線２４の照射を継続することができる。

なお、第３応用例の重粒子線照射装置２０では、第３実施形態に係るイオン源１５を適用しているが、これに限定されない。たとえば、第４実施形態に係るイオン源１５（図５および図６参照）を適用してもよい。第４実施形態に係るイオン源１５が適用された場合においても、第１のイオン源１５ａを運転させ、第２のイオン源１５ｂの運転を停止させる例について説明する。

運転切替用信号処理回路２５は、第１制御信号２６ａを第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１に出力するとともに（ステップＳ２１）、第２制御信号２６ｂを第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１に出力する（ステップＳ２２）。

第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第１のイオン源１５ａの高圧電源１６に出力し（ステップＳ２３）、第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１は、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第２のイオン源１５ｂの高圧電源１６に出力する（ステップＳ２４）。

ここで、ステップＳ２３において、第１のイオン源１５ａの高圧電源１６は、運転指示信号１２ａに応じて、ターゲット２に高電圧を印加する（図５および図６のステップＳ１２参照）。このとき、第１のイオン源１５ａの照射装置１３は、レーザ光３を真空容器１内のターゲット２の表面に照射してレーザアブレーションプラズマ４を発生させる（図５参照）。第１のイオン源１５ａのイオンビーム引き出し部１８は、レーザアブレーションプラズマ４に含まれるイオンを真空容器１内から引き出すことによりイオンビーム５を生成し（図５参照）、イオンビーム加速装置１９に出力する。イオンビーム加速装置１９は、イオン源１５からのイオンビーム５を加速させて重粒子線２４として出力する。

第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第１のイオン源１５ａのイオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えた場合、切替要求信号２８を運転切替用信号処理回路２５に出力し、運転切替用信号処理回路２５は、その切替要求信号２８に応じて、第２制御信号２６ｂを第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１に出力し、第１制御信号２６ａを第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１に出力する（ステップＳ２５〜Ｓ２９）。

このとき、第１のイオン源１５ａの運転制御用信号処理回路１１は、第２制御信号２６ｂに応じて、停止指示信号１２ｂを第１のイオン源１５ａの照射装置１３に出力し（ステップＳ３０）、第２のイオン源１５ｂの運転制御用信号処理回路１１は、第１制御信号２６ａに応じて、運転指示信号１２ａを第２のイオン源１５ｂの照射装置１３に出力する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３０において、第１のイオン源１５ａの高圧電源１６は、停止指示信号１２ｂに応じて、ターゲット２への電圧の印加を停止する。すなわち、第１のイオン源１５ａの運転が停止する（図５および図６のステップＳ１６参照）。また、ステップＳ３１において、第２のイオン源１５ｂの高圧電源１６は、運転指示信号１２ａに応じて、ターゲット２に高電圧を印加する。すなわち、第２のイオン源１５ｂが運転する（図５および図６のステップＳ１２参照）。

以降、第１のイオン源１５ａと第２のイオン源１５ｂとが交互に切り替えて運転する。

第３応用例の重粒子線照射装置２０によれば、第４実施形態に係るイオン源１５が適用された場合でも、第１のイオン源１５ａのイオン検出器９から出力された検出信号１４の値が閾値を超えたときに運転切替用信号処理回路２５が第１のイオン源１５ａから第２のイオン源１５ｂに切り替えるため、重粒子線２４の誤照射を防止することができる。また、第４実施形態に係るイオン源１５が適用された場合でも、第１のイオン源１５ａと第２のイオン源１５ｂとを交互に切り替えて運転させるため、重粒子線２４の照射を継続することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、また各実施形態の特徴を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ … 真空容器
１ａ … 入射窓
１ｂ … イオン引出用貫通孔
１ｃ … イオン検出用貫通孔
１ｄ … ノズル
２ … ターゲット
３ … レーザ光
４ … レーザアブレーションプラズマ
５ … イオンビーム
６ … 引き出し電極
７ａ … 中間電極
７ｂ … 中間電極
８ … 加速電極
９ … イオン検出器
９ａ … イオン検出器収容容器
１０ … イオン検出用ゲートバルブ
１０ａ … フランジ
１０ｂ … フランジ
１１ … 運転制御用信号処理回路
１２ａ … 運転指示信号
１２ｂ … 停止指示信号
１３ … 照射装置
１３ａ … レーザ電源
１３ｂ … レーザ発振器
１３ｃ … レーザミラー
１３ｄ … レーザミラー
１４ … 検出信号
１５ … イオン源
１５ａ … 第１のイオン源
１５ｂ … 第２のイオン源
１６ … 高圧電源
１７ … 筐体
１８ … イオンビーム引き出し部
１９ … イオンビーム加速装置
１９ａ … ＲＦＱ線形加速器
１９ｂ … ＤＴＬ
１９ｃ … 円形加速器
２０ … 重粒子線照射装置
２１ … 出力停止用ゲートバルブ
２２ … 出力停止用信号処理回路
２３ａ … 開指示信号
２３ｂ … 閉指示信号
２４ … 重粒子線
２５ … 運転切替用信号処理回路
２６ａ … 第１制御信号
２６ｂ … 第２制御信号
２７ … レーザアブレーションプラズマ発生装置
２８ … 切替要求信号
２９ … 外部装置

Claims (14)

1. 重粒子線照射装置のイオンビーム加速装置にイオンビームを供給するイオン源であって、
   真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、
   前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことによりイオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、
   前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、
   を具備することを特徴とするイオン源。
2. 前記イオン検出器は、前記ターゲットの表面で前記レーザアブレーションプラズマが発生する部分に対して電場および磁場の少なくとも一方を与えることにより前記目的外イオンを検出し、検出結果として前記検出信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
3. 前記真空容器に連結され、前記イオン検出器が収容されたイオン検出器収容容器と、
   前記真空容器と前記イオン検出器収容容器との間に設けられ、開閉可能なイオン検出用ゲートバルブと、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン源。
4. 運転指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に停止指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力する運転制御用信号処理回路、
   をさらに具備し、
   前記レーザアブレーションプラズマ発生装置は、前記運転指示信号に応じて前記レーザアブレーションプラズマを発生させ、前記停止指示信号に応じて前記レーザアブレーションプラズマの発生を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のイオン源。
5. 前記レーザアブレーションプラズマ発生装置は、
   前記運転指示信号に応じて、レーザ光を前記真空容器内の前記ターゲットの表面に照射して前記レーザアブレーションプラズマを発生させ、前記停止指示信号に応じて前記レーザ光の照射を停止する照射装置、
   を含み、
   前記運転制御用信号処理回路は、前記運転指示信号を前記照射装置に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が前記閾値を超えた場合に前記停止指示信号を前記照射装置に出力する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のイオン源。
6. 前記照射装置は、
   電力を供給するレーザ電源と、
   前記レーザ電源から供給される電力により前記レーザ光を発生するレーザ発振器と、
   前記レーザ光を反射させることにより集光して前記真空容器内の前記ターゲットの表面に照射する複数のレーザミラーと、
   を具備し、
   前記運転制御用信号処理回路は、前記運転指示信号を前記照射装置の前記レーザ電源および前記レーザ発振器の少なくとも１つの装置に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が前記閾値を超えた場合に前記停止指示信号を前記照射装置の前記少なくとも１つの装置に出力する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のイオン源。
7. 前記レーザアブレーションプラズマ発生装置は、
   前記運転指示信号に応じて前記真空容器内の前記ターゲットに電圧を印加し、前記停止指示信号に応じて前記ターゲットへの電圧の印加を停止する高圧電源、
   を含み、
   前記運転制御用信号処理回路は、前記運転指示信号を前記高圧電源に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が前記閾値を超えた場合に前記停止指示信号を前記高圧電源に出力する、
   ことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のイオン源。
8. イオン源と、前記イオン源からのイオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力するイオンビーム加速装置と、を具備する重粒子線照射装置であって、
   前記イオン源は、
   運転指示信号に応じて、真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させ、停止指示信号に応じて前記レーザアブレーションプラズマの発生を停止させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、
   前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことにより前記イオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、
   前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、
   前記運転指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記停止指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力する運転制御用信号処理回路と、
   を具備することを特徴とする重粒子線照射装置。
9. 前記イオン源である第１および第２のイオン源の前記運転制御用信号処理回路を制御して、運転させるイオン源を前記第１のイオン源または前記第２のイオン源に切り替える運転切替用信号処理回路、
   をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の重粒子線照射装置。
10. 前記第１および第２のイオン源において、前記運転制御用信号処理回路は、第１制御信号に応じて、前記運転指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力し、第２制御信号に応じて、前記停止指示信号を前記レーザアブレーションプラズマ発生装置に出力し、
    前記運転切替用信号処理回路は、
    前記第１制御信号を前記第１のイオン源の前記運転制御用信号処理回路に出力するとともに、前記第２制御信号を前記第２のイオン源の前記運転制御用信号処理回路に出力し、
    前記第１のイオン源の前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が前記閾値を超えた場合、前記第２制御信号を前記第１のイオン源の前記運転制御用信号処理回路に出力するとともに、前記第１制御信号を前記第２のイオン源の前記運転制御用信号処理回路に出力する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の重粒子線照射装置。
11. イオン源と、前記イオン源からのイオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力するイオンビーム加速装置と、を具備する重粒子線照射装置であって、
    前記イオン源は、
    真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させるレーザアブレーションプラズマ発生装置と、
    前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内から引き出すことにより前記イオンビームを生成するイオンビーム引き出し部と、
    前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力するものであって、前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器と、
    を具備し、
    前記重粒子線照射装置は、
    開指示信号に応じて前記イオンビームを出力し、閉指示信号に応じて前記イオンビームの出力を停止する出力停止用ゲートバルブと、
    前記開指示信号を前記出力停止用ゲートバルブに出力し、前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記閉指示信号を前記出力停止用ゲートバルブに出力する出力停止用信号処理回路と、
    をさらに具備することを特徴とする重粒子線照射装置。
12. 重粒子線照射装置のイオンビーム加速装置にイオンビームを供給するイオン源の駆動方法であって、
    真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、
    前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、
    前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、
    を具備することを特徴とするイオン源の駆動方法。
13. 真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、
    前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、
    前記イオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力する工程と、
    前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、
    前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記レーザアブレーションプラズマの発生を停止させる工程と、
    を具備することを特徴とする重粒子線照射方法。
14. 真空容器内のターゲットからレーザアブレーションプラズマを発生させる工程と、
    前記レーザアブレーションプラズマに含まれるイオンを前記真空容器内からイオンビーム引き出し部に引き出すことによりイオンビームを生成する工程と、
    前記イオンビームを出力する工程と、
    前記イオンビームを加速させて、照射対象の部位に照射するための重粒子線として出力する工程と、
    前記ターゲットから前記イオンビーム引き出し部に向かうイオンの方向から逸れた位置に配置されたイオン検出器により、前記真空容器内の前記イオンのうちの、前記ターゲットを構成する元素がイオン化された目的イオンとは異なる目的外イオンを検出し、検出結果として前記目的外イオンの数、または、前記目的イオンに対する前記目的外イオンの混合比である値を表す検出信号を出力する工程と、
    前記イオン検出器から出力された前記検出信号の値が閾値を超えた場合に前記イオンビームの出力を停止する工程と、
    を具備することを特徴とする重粒子線照射方法。

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