JP6000450B2 - 荷電粒子を偏向させるための偏向板および偏向装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の荷電粒子を偏向させるための偏向板に関し、並びに請求項７に記載の荷電粒子を偏向させるための偏向装置に関している。

移動している荷電粒子を、電場および／または磁場によって偏向させることは公知である。また、導電性プレートに電圧を印加して電場を発生させることも公知である。

本発明の課題は、荷電粒子を偏向させるための改良された偏向板を提供することにある。この課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明による偏向板によって解決される。本発明のさらなる課題は、荷電粒子を偏向するための改良された偏向装置を提供することにある。この課題は、請求項７の特徴部分に記載された本発明による偏向装置によって解決される。好ましい改善例は、従属請求項に記載されている。

本発明による荷電粒子を偏向させるための偏向板は、切欠きを有している。有利なことに、この偏向板は、切欠きなしの偏向板に比べて改善された空間分布を有する電場を生成する。

本発明による偏向板の好ましい実施形態によれば、当該偏向板が実質的に平坦なプレートとして構成されている。有利には、この偏向板は簡単かつ安価に製造することが可能である。とりわけこの偏向板は、有利には、例えばプリントされた回路板などのようなプリント基板として製造することができる。

本発明による偏向板の一実施形態によれば、前記切欠きが孔部として形成されている。それにより、有利には、当該偏向板によって生成された電場が、当該孔部領域において減衰される。

本発明による偏向板の別の実施形態によれば、前記切欠きが、スロットとして形成されている。有利には、このような切欠きの構成によっても、当該偏向板によって生成される電場が当該切欠き領域において減衰されるようになる。

有利には、前記切欠きは、偏向板の中央に配置されていてもよい。それにより有利には、偏向板によって生成される電場の空間分布がフラットな分布特性を有するようになる。

本発明による偏向板の別の有利な実施形態によれば、この偏向板が導電性材料、とりわけ金属を含み得る。それにより有利には、前記偏向板は、所定の電位におくことが可能になる。

本発明による荷電粒子を偏向するための偏向装置は、前述した形態の第１の偏向板を有している。それにより有利には、この偏向装置は、粒子ビームの荷電粒子を偏向させるのに使用することができるようになる。この有利に構成された偏向板のために、前記偏向装置は、荷電粒子の順次連続したビーム束から個々の粒子束を選択的に偏向するのに使用することが可能となる。

前記偏向装置の有利な実施形態によれば、この偏向装置は、前述した形態の第２の偏向板を有する。それにより有利には、前記偏向装置の複数の偏向板の間で所定の電位差を形成することが可能にある。

前記偏向装置の特に有利な実施形態によれば、前記複数の偏向板が実質的に平坦なパネルとして構成される。その他に前記第１の偏向板と前記第２の偏向板は、第２の空間方向で互いに離間されて配置されている。有利にはこの偏向装置では、第２の空間方向に配向された電場成分が当該第２の空間方向に直交する空間方向に向けてほぼ矩形に延在する。

前記偏向装置の別の改善例によれば、第３の偏光板と第４の偏光板を有する。その場合前記第３の偏向板は、前記第１の偏光板に比べて前記第２の空間方向と直交する第３の空間方向へ偏差している。またその他にも、前記第２の偏向板に比べて第３の空間方向に偏差している。それにより有利には、前記第３の偏向板と前記第４の偏向板の間に、前記第１の偏向板と前記第２の偏向板の間の電位とは別の電位差が形成される。

前記偏向装置の別の実施形態によれば、この偏向装置が、第３の空間方向へ移動する荷電粒子を、第２の空間方向へ偏向させるように構成されてもよい。それにより有利には、この偏向装置を、個々の粒子または粒子束を、粒子ビームから選択的に偏向させるのに用いることができるようになる。

前述してきた本発明の特性、特徴および利点、並びにそれらを達成するやり方は、以下の図面に基づいて詳細に説明される本発明の実施例の説明と関連してより明確に理解されるであろう。

粒子線治療装置の概略図 偏向装置の概略図 偏向装置の偏向板対の第１断面図 偏向装置の偏向板対の平面図 偏向装置の偏向板対の第２断面図 偏向板対内の電場強度分布のグラフ

実施例
図１には、本発明による偏向装置の実用的な一例として、粒子線治療装置１００が概略的に示されている。但し本発明による偏向装置は、これに限らずその他の多種多様な用途にも使用することが可能であり、以下の詳細な説明が本発明を、粒子線治療装置の分野に限定するものではないことを述べておく。

粒子線治療装置１００は、病に冒された患者の患部に荷電粒子（粒子）を照射する粒子線治療を行うために使用することができる。この荷電粒子は、例えばプロトンであってもよい。また病に冒された患者の疾患は、例えば腫瘍であってもよい。

粒子線治療装置１００は、イオン源１１０、集束装置１２０、偏向装置１３０、シェード１４０、粒子加速器１５０を含み、それらはｚ軸方向１０３に相前後して配置されている。

イオン源１１０は、荷電粒子１１５のビームを生成するのに用いられる。粒子ビーム１１５の粒子は、例えば、陽子（プロトン）であってもよい。粒子ビーム１１５の粒子は、イオン源１１０を離れ、ｚ軸方向１０３に向かう。この粒子ビーム１１５の粒子は、イオン源１１０から出るときに、例えば１０ｋｅＶから２０ｋｅＶのエネルギーを有することができる。

集束装置１２０は、連続的な粒子ビーム１１５を、離散した粒子線束１２５に細分化するために用いられる。これらの粒子線束１２５は、当該集束装置１２０を離れてｚ軸方向１０３に向かう。この集束装置１２０は、省略することも可能である。

偏向装置１３０は、選択的に、個々の粒子線束１２５（または連続する粒子ビーム１１５の個々の粒子）の、ｚ軸方向１０３に向かう動きを、当該ｚ軸方向１０３に垂直なｙ軸方向１０２へ選択的に偏向するために用いられる。

偏向装置１３０によって偏向された粒子および粒子線束１２５は、偏向装置１３０に後置接続された遮蔽板シェード１４０を全く通過しないかまたは完全には通過せず、それに対して偏向されなかった粒子および粒子線束１２５は、シェード１４０を通過する。また粒子線治療装置１００の代替的な実施形態によれば、偏向装置１３０によってｙ軸方向１０２に偏向された粒子と粒子線束１２５のみがシェード１４０を完全に通過するものであってもよい。

前記シェード１４０を通過した粒子および粒子線束１２５は、粒子加速器１５０に到達し、そこで前記粒子および粒子線束１２５がより高い運動エネルギー、例えば８０ＭｅＶから２５０ＭｅＶまで加速される。この粒子加速器１５０は、例えば線形加速器であってもよい。特にこの粒子加速器１５０は、ＲＦ線形加速器であってもよい。

図２は、偏向装置１３０の概略図である。この偏向装置１３０は、図２に示す実施形態では荷電粒子の粒子線束１２５束を偏向させるための６つの偏向板を含んでいる。詳細には、前記偏向装置１３０は、当該の実施形態によれば、第１の偏向板２１０と、第２の偏向板２２０と、第３の偏向板２３０と、第４の偏向板２４０と、第５の偏向板２５０と、第６の偏向板２６０とを含んでいる。

第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、第１の偏向板対２０１を形成する。第３の偏向板２３０と第４の偏向板２４０は、第２の偏向板対２０２を形成する。第５の偏向板２５０と第６の偏向板２６０は、第３の偏向板対２０３を形成する。別の実施形態においては、前記複数の偏向板２３０は、３つの偏向板対２０１，２０２，２０３よりも少ないものであってもよいし、前記３つの偏向板対２０１，２０２，２０３よりも多いものであってもよい。

前記複数の偏向板対２０１，２０２，２０３は、相前後してｚ軸方向に配置されている。各偏向板対２０１，２０２，２０３毎の２つの各偏向板は、ｚ軸方向１０３において、並びにｙ軸方向１０２とｚ軸方向１０３に垂直なｘ軸方向１０１において、それぞれ共通の位置に存在し、さらにｙ軸方向１０２において互いに離間されている。粒子線束１２５は、前記偏向板対２０１，２０２，２０３の各２つの偏向板の間をｚ軸方向１０３に延在する。

前記複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０は、導電性材料、有利には金属を含む。これらの複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０は、例えば、金属コーティングを有するプリント回路基板として構成されていてもよい。

前記偏向板対２０１，２０２，２０３の各偏向板の間には、ｚ軸方向１０３に移動する粒子線束１２５の粒子をｙ軸方向１０２に偏向させるために、それぞれ１つの電位差とその結果としての電場が形成される。例えば第１の偏向板対２０１の第１の偏向板２１０に同じ大きさの正の電圧を印加し、第１の偏向板対２０１の第２の偏向板２２０には同じ大きさの負の電圧を印加してもよい。異なる偏向板対２０１，２０２，２０３において形成される電位差は相互に異ならせてもよい。迅速に所定の時間順序で順次連続する粒子線束１２５の個別の粒子線束１２５のみをｙ軸方向１０２に偏向させるためには、時間的に短い電圧パルスを前記複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０に印加させなければならない。

前記複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０が閉じられた平坦なプレートで構成されている場合には、偏向板対２０１，２０２，２０３において生成されｙ軸方向１０２に向いている電場成分が、ｚ軸方向１０３においてガウス分布経過を有する。しかしながら、ｙ軸方向１０２に向いている電場成分の分布が、偏向板対２０１，２０２，２０３内でｚ軸方向１０３において近似的な矩形関数を有するならばさらに有利である。

ｙ軸方向１０２に向いている電場成分の有利な空間分布に近づくために、偏向装置１３０の複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０はそれぞれ切欠きを有する。これについては、以下の明細書で、第１の偏向板対２０１が描写されている図３から図５に基づいて説明する。残りの偏向板対２０２，２０３も有利には、第１の偏向板対２０１と同一に構成される。

図３は、第１の偏向板対２０１の第１断面を示している。この第１断面は、ｚ軸方向１０３に対して垂直方向に延在している。第１の偏向対２０１の第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、ｘ軸方向１０１で幅３０１を有している。この幅３０１は、例えば４ミリメートルであってもよい。前記偏向板２１０，２２０は、ｙ軸方向では各々厚さ３０２を有している。この厚さ３０２は、例えば、０．１ｍｍであってもよい。第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、ｙ軸方向１０２において互いに間隔距離３１２を有している。この間隔距離３１２は、例えば、６ｍｍであってもよい。

図４は、ｙ軸方向１０２とは反対側から見た第１の偏向板対２０１の第１の偏向板２１０の平面図を示す。図４では見ることのできない第２の偏向板２２０は、有利には、第１の偏向板２１０と同様に構成される。第１の偏向板２１０は、ｚ軸方向１０３で長さ３０３を有し、これは例えば４ｍｍであってもよい。

第１の偏向板２１０は、その他にも矩形の孔部３００を有している。この孔部３００は、第１の偏向板２１０の中央に配置されている。この孔部３００は、ｘ軸方向１０１で、孔部幅３１１を有し、この幅は例えば１ｍｍであってもよい。孔部３００は、ｚ軸方向１０３で、孔部長さ３１３を有し、この長さも例えば１ｍｍであってもよい。

第１の偏向板２１０は、金属コーティングされたプリント基板として構成されている場合には、孔部３００は金属コーティング内に形成するだけで十分である。

前記第１の偏向板２１０は、中央に配置された前記孔部３００に代えて、中央に位置していない孔部を有することも可能である。

また前記第１の偏向板２１０は、前記孔部３００に代えて、当該第１の偏向板２１０を２つの部分に分割する、貫通スリットを有していてもよい。このスリットは、例えばｘ軸方向１０１またはｚ軸方向１０３に配向させることができる。第１の偏向板２１０が金属コーティングされたプリント基板として構成されている場合には、前記スリットは、当該金属コーティング内に形成されるので十分である。二分割された第１の偏向板２１０の２つの部分は、一枚の共通の基板上に配置されていてもよい。

図５は、第１の偏向板対２０１の偏向板２１０，２２０の第２の断面図が示されている。この図は、図５のｘ軸方向１０１に垂直な方向での断面を示している。

図６は、偏向板対２０１，２０２，２０３の内側に生じる電場強度空間分布のグラフ６００である。このグラフ６００の水平軸には、偏向板対２０１，２０２，２０３の領域のｚ軸方向１０３がプロットされている。グラフ６００の垂直軸には、電場強度のｙ軸方向１０２の成分がプロットされている。

第１の電場強度空間分布６１０は、偏向板対２０１，２０２，２０３の上方の偏向板と下方の偏向板との間の空間におけるｙ軸方向１０２の電場強度の分布を示している。ここでは、この第１の電場強度空間分布６１０からは、ガウス分布よりも強く矩形関数に近似していることが分かる。この矩形関数への近似は、前記複数の偏向板２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０に設けられた孔部３００によって達成される。

第２の電場強度空間分布６２０は、ｙ軸方向１０２で偏向板対２０１，２０２，２０３の他の偏向板よりも近い偏向板における位置でのｙ軸方向１０２の電場強度の空間分布を示している。この第２の電場強度空間分布６２０は、偏向板対２０１，２０２，２０３の中央においてｚ軸方向１０３で凸状に形成されていることが分かる。

本発明は、有利な実施例によって詳細を図示し、詳細に説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。最後に、当業者であれば、その他の変化実施例も、本発明の権利範囲からそれることなく導き出すことが可能であることを述べておく。

Claims (12)

1. 荷電粒子を偏向させるための偏向板（２１０）であって、
   前記偏向板（２１０）は金属コーティングされたプリント基板として構成されており、
   前記金属コーティングに切欠き（３００）が形成されていることを特徴とする、偏向板（２１０）。
2. 前記偏向板（２１０）は、実質的に平坦なプレートとして構成されている、請求項１記載の偏向板（２１０）。
3. 前記切欠き（３００）は、孔部として形成されている、請求項１または２いずれか１項記載の偏向板（２１０）。
4. 前記切欠き（３００）は、スリットとして形成されている、請求項１または２記載の偏向板（２１０）。
5. 前記切欠き（３００）は、前記偏向板（２１０）の中央に配設されている、請求項１から４いずれか１項記載の偏向板（２１０）。
6. 前記偏向板（２１０）は、導電性材料、特に金属を含んでいる、請求項１から５いずれか１項記載の偏向板（２１０）。
7. 荷電粒子を偏向させるための偏向装置（１３０）であって、
   前記偏向装置（１３０）は、請求項１から６いずれか１項記載の第１の偏向板（２１０）を有していることを特徴とする偏向装置（１３０）。
8. 前記偏向装置（１３０）は、請求項１から６いずれか１項記載の第２の偏向板（２２０）を有している、請求項７記載の偏向装置（１３０）。
9. 前記偏向板（２１０，２２０）は、請求項２に従って構成されており、
   前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）は、第２の空間方向（１０２）に対して垂直に配向されており、
   前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）は、前記第２の空間方向（１０２）で相互に離間されている、請求項８記載の偏向装置（１３０）。
10. 前記偏向装置（１３０）は、第３の偏向板（２３０）と第４の偏向板（２４０）とを有し、前記第３の偏向板（２３０）は、前記第１の偏向板（２１０）に対して前記第２の空間方向（１０２）に垂直な第３の空間方向（１０３）にずらされており、前記第４の偏向板（２４０）は、前記第２の偏向板（２２０）に対して前記第３の空間方向（１０３）にずらされている、請求項９記載の偏向装置（１３０）。
11. 前記偏向装置（１３０）は、前記第３の空間方向（１０３）へ移動する荷電粒子を前記第２の空間方向（１０２）へ偏向させるように構成されている、請求項１０記載の偏向装置（１３０）。
12. 荷電粒子を偏向させるための偏向装置（１３０）であって、
    前記偏向装置（１３０）は、第１の偏向板（２１０）及び第２の偏向板（２２０）を有し、
    当該第１の偏光板（２１０）及び第２の偏向板（２２０）は、それぞれ、荷電粒子を偏向させるための偏向板（２１０，２２０）であって、実質的に平坦なプレートとして構成されており、且つ、切欠き（３００）を有しており、
    前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）は、第２の空間方向（１０２）に対して垂直に配向されており、
    前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）は、前記第２の空間方向（１０２）で相互に離間されており、
    前記偏向装置（１３０）は、第３の偏向板（２３０）及び第４の偏向板（２４０）を有し、前記第３の偏向板（２３０）は、前記第１の偏向板（２１０）に対して前記第２の空間方向（１０２）に垂直な第３の空間方向（１０３）にずらされており、前記第４の偏向板（２４０）は、前記第２の偏向板（２２０）に対して前記第３の空間方向（１０３）にずらされている、ことを特徴とする偏向装置（１３０）。

Images