JP6203648B2 - Negative ion source device and method for replacing plasma generation unit in negative ion source device - Google Patents
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Description
本発明は、負イオン源装置及び負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法に関する。 The present invention relates to a negative ion source device and a plasma generation unit replacement method in the negative ion source device.
加速器等に用いられるイオン源装置として、例えば、固体を原料とするプラズマスパッタ型の負イオン源装置(特許文献1参照)や、気体(例えば、水素ガス)を原料として負イオンビームを生成する負イオン源装置が知られている。後者の負イオン源装置は、例えば、チャンバと、チャンバ内にプラズマを生成するためのフィラメントと、チャンバ内に水素ガスを供給する水素ガス供給部と、チャンバ内にセシウム蒸気を供給するためのセシウム供給源とを備える。フィラメントには電流が流されているので、加熱されたフィラメントからは熱電子が放出され、チャンバ内の水素ガスと衝突してプラズマが生成される。そして、プラズマ中の低速電子又はプラズマ電極表面の電子と、水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。 As an ion source device used for an accelerator or the like, for example, a plasma sputtering type negative ion source device using a solid as a raw material (see Patent Document 1) or a negative ion beam generating a negative ion beam using a gas (for example, hydrogen gas) as a raw material. Ion source devices are known. The latter negative ion source device includes, for example, a chamber, a filament for generating plasma in the chamber, a hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas into the chamber, and a cesium for supplying cesium vapor into the chamber. A supply source. Since an electric current is passed through the filament, thermoelectrons are emitted from the heated filament and collide with hydrogen gas in the chamber to generate plasma. And the negative ion is produced | generated when the slow electron in plasma or the electron of the plasma electrode surface reacts with a hydrogen molecule, a hydrogen atom, or a hydrogen ion.
セシウムが付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、セシウムは、負イオンの生成を促進する機能を有する。そのため、セシウムがセシウム供給源によってチャンバ内に供給されると、負イオン源から引き出される負イオン量の増大が図られる。こうしてチャンバ内に蒸気の状態で供給されたセシウムは、負イオン源装置の稼働に伴い、徐々にチャンバの壁面に固体又は液体の状態で堆積していく。 Since the work function is reduced on the surface of the substance to which cesium has adhered, cesium has a function of promoting the generation of negative ions. Therefore, when cesium is supplied into the chamber by the cesium supply source, the amount of negative ions extracted from the negative ion source is increased. Thus, the cesium supplied in the vapor state into the chamber gradually accumulates in a solid or liquid state on the wall surface of the chamber as the negative ion source device is operated.
ところで、負イオン源装置の稼働に伴い、プラズマ生成部であるフィラメントが消耗されるので、フィラメントの交換のためにチャンバを大気開放する必要が生ずる。しかしながら、反応性の高いアルカリ金属であるセシウムの単体が大気と接触すると、激しい反応と共に酸化反応が進行して、発火する虞がある。そのため、チャンバの大気解放前に予め空気をチャンバ内に導入し、チャンバの壁面に付着したセシウムの酸化反応を完了させ、さらに反応済の酸化セシウムをチャンバ内から除去した後に、フィラメントの交換が行われる。 By the way, with the operation of the negative ion source device, the filament that is the plasma generation unit is consumed, so that it is necessary to open the chamber to the atmosphere in order to replace the filament. However, when cesium, which is a highly reactive alkali metal, comes into contact with the atmosphere, an oxidation reaction proceeds with a violent reaction, and there is a risk of ignition. Therefore, air is introduced into the chamber in advance before the chamber is released to the atmosphere, the oxidation reaction of cesium adhering to the wall surface of the chamber is completed, and after the reacted cesium oxide is removed from the chamber, the filament is exchanged. Is called.
このように、負イオン源装置においては、酸化セシウムをチャンバから除去するためのメンテナンス作業に手間と時間を要していた。加えて、反応済の酸化セシウムを再利用することができず、セシウムの使用量の増大をもたらしていた。 As described above, in the negative ion source device, the maintenance work for removing cesium oxide from the chamber takes time and effort. In addition, the reacted cesium oxide cannot be reused, resulting in an increase in the amount of cesium used.
そのため、本発明の目的は、プラズマ生成部の交換を簡易且つ迅速に行うことが可能な負イオン源装置及び負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a negative ion source device and a method for exchanging a plasma generation unit in the negative ion source device that can easily and quickly replace the plasma generation unit.
本発明の一つの観点に係る負イオン源装置は、内部と外部とを連通する貫通孔が設けられた第1のチャンバと、第1のチャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、貫通孔に取り付けられると共に、原料ガス供給部により供給された原料ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、負イオンの生成を促進すると共に大気との反応性を有する促進物質をチャンバ内に供給する促進物質供給部と、プラズマ生成部が貫通孔から取り外されている場合に、チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、プラズマ生成部が第1のチャンバから取り外されている場合に、不活性ガス供給部から第1のチャンバ内に供給されている不活性ガスの圧力が、第1のチャンバ外の圧力よりも高くなるように調整する圧力調整部とを備える。 A negative ion source device according to one aspect of the present invention includes a first chamber provided with a through hole that communicates the inside and the outside, a source gas supply unit that supplies a source gas into the first chamber, A plasma generating unit that is attached to the through hole and generates plasma using the source gas supplied by the source gas supplying unit, and a promoting substance that promotes the generation of negative ions and has reactivity with the atmosphere in the chamber When the promoting substance supply unit to be supplied and the plasma generation unit are removed from the through hole, the inert gas supply unit for supplying an inert gas into the chamber and the plasma generation unit are removed from the first chamber. A pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the inert gas supplied from the inert gas supply unit into the first chamber to be higher than the pressure outside the first chamber. .
本発明の一つの観点に係る負イオン源装置では、圧力調整部により、不活性ガス供給部から第1のチャンバ内に供給されている不活性ガスの圧力が、第1のチャンバ外の圧力よりも高くなるように調整される。そのため、プラズマ生成部の交換のために、プラズマ生成部が貫通孔から取り外されている場合であっても、貫通孔を通じて第1のチャンバの内側から外側に向けて不活性ガスが排出される。そのため、大気が貫通孔を通じて第1のチャンバ内に流入する虞がほとんどなく、第1のチャンバ内に存在する促進物質と大気とが反応することが抑制される。従って、大気と反応済の促進物質を第1のチャンバ内から除去するための作業や時間が必要なくなるので、プラズマ生成部の交換を簡易且つ迅速に行うことが可能となる。加えて、大気と促進物質との反応が抑制されるので、促進物質の消費量を大きく低減することが可能となる。 In the negative ion source device according to one aspect of the present invention, the pressure of the inert gas supplied from the inert gas supply unit into the first chamber by the pressure adjustment unit is greater than the pressure outside the first chamber. Is adjusted to be higher. Therefore, even when the plasma generation unit is removed from the through hole for exchanging the plasma generation unit, the inert gas is discharged from the inside to the outside of the first chamber through the through hole. Therefore, there is almost no possibility that the atmosphere flows into the first chamber through the through hole, and the reaction between the promoting substance and the atmosphere existing in the first chamber is suppressed. This eliminates the need for work and time for removing the air and the reacted promoting substance from the first chamber, so that the plasma generation unit can be replaced easily and quickly. In addition, since the reaction between the atmosphere and the promoting substance is suppressed, the consumption of the promoting substance can be greatly reduced.
圧力調整部は、第1のチャンバ内の圧力が所定の大きさ未満であるときに閉塞すると共に、第1のチャンバ内の圧力が所定の大きさ以上であるときに開放する安全弁であってもよい。この場合、不活性ガス供給部から第1のチャンバ内に不活性ガスが供給される際に、第1のチャンバ内の圧力を簡便に調整することが可能となる。 The pressure adjusting unit may be a safety valve that closes when the pressure in the first chamber is less than a predetermined magnitude and opens when the pressure in the first chamber is greater than or equal to a predetermined magnitude. Good. In this case, when the inert gas is supplied from the inert gas supply unit into the first chamber, the pressure in the first chamber can be easily adjusted.
本発明の一つの観点に係る負イオン源装置は、第1のチャンバにおいて生成された負イオンが引き出される下流側において第1のチャンバと接続された第2のチャンバを更に備え、安全弁は、第2のチャンバに設けられていてもよい。この場合、第2のチャンバは、一般に、第1のチャンバよりも設置スペースに余裕があるので、安全弁の設置に際して設計の自由度を高めることができる。 The negative ion source device according to one aspect of the present invention further includes a second chamber connected to the first chamber on the downstream side from which negative ions generated in the first chamber are extracted, and the safety valve includes: Two chambers may be provided. In this case, since the second chamber generally has a larger installation space than the first chamber, the degree of freedom in design can be increased when installing the safety valve.
安全弁は、第1のチャンバに設けられていてもよい。この場合、安全弁の作動圧力の直接の対象は第1のチャンバの圧力であるので、より正確に第1のチャンバの圧力を安全弁によって調整することが可能となる。 The safety valve may be provided in the first chamber. In this case, since the direct object of the operating pressure of the safety valve is the pressure of the first chamber, the pressure of the first chamber can be adjusted more accurately by the safety valve.
第1のチャンバは、筒状を呈する本体部と、本体部の開放端側を閉塞すると共に貫通孔が設けられた蓋部とを有し、プラズマ生成部は、蓋部に着脱自在に取り付けられていてもよい。この場合、プラズマ生成部を蓋部から取り外したときに第1のチャンバが開放される面積が小さくなるので、大気が貫通孔を通じて第1のチャンバ内に流入する虞がさらに低くなる。 The first chamber has a cylindrical main body, a lid that closes the open end of the main body and has a through hole, and the plasma generator is detachably attached to the lid. It may be. In this case, since the area where the first chamber is opened when the plasma generating unit is removed from the lid portion is reduced, the possibility that the atmosphere flows into the first chamber through the through hole is further reduced.
不活性ガス供給部は、第1のチャンバにおいて貫通孔とは反対側から不活性ガスを第1のチャンバ内に供給してもよい。この場合、第1のチャンバ内において、不活性ガスが貫通孔に向けてほぼ一方向に流れるので、大気が貫通孔を通じて第1のチャンバ内に流入する虞がより一層低くなる。 The inert gas supply unit may supply the inert gas into the first chamber from the side opposite to the through hole in the first chamber. In this case, since the inert gas flows in one direction toward the through hole in the first chamber, the possibility that the atmosphere flows into the first chamber through the through hole is further reduced.
本発明の他の観点に係る負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法は、上記の負イオン源装置におけるプラズマ生成部を交換する方法であって、(A)原料ガス供給部及びプラズマ生成部の動作を停止させる工程と、(B)不活性ガス供給部により第1のチャンバ内に不活性ガスを供給する工程と、(C)不活性ガス供給部による第1のチャンバ内への不活性ガスの供給を継続しつつ、貫通孔に取り付けられているプラズマ生成部を取り外して、新たなプラズマ生成部を貫通孔に取り付ける工程とを含む。 A method for replacing a plasma generation unit in a negative ion source device according to another aspect of the present invention is a method for replacing a plasma generation unit in the negative ion source device, wherein (A) a source gas supply unit and a plasma generation unit (B) supplying an inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit, and (C) inerting the inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit. A step of removing the plasma generation unit attached to the through hole and attaching a new plasma generation unit to the through hole while continuing to supply the gas.
本発明の他の観点に係る負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法では、本発明の一つの観点に係る負イオン源装置と同様に、プラズマ生成部の交換を簡易且つ迅速に行うことが可能となると共に、促進物質の消費量を大きく低減することが可能となる。 In the method for replacing a plasma generation unit in a negative ion source device according to another aspect of the present invention, the plasma generation unit can be replaced easily and quickly in the same manner as the negative ion source device according to one aspect of the present invention. It becomes possible, and it becomes possible to greatly reduce the consumption of the promoting substance.
本発明の他の観点に係る負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法は、(D)工程Cの前に、プラズマ生成部を加熱する工程を更に含でもよい。この場合、プラズマ生成部の交換前にプラズマ生成部が予め加熱される。そのため、プラズマ生成部の表面に付着している促進物質が蒸発して、その交換前に当該表面から除去される。従って、交換によってプラズマ生成部が第1のチャンバ外に取り出される際に、プラズマ生成部に付着している促進物質が大気に接触するということが生ずる虞もほとんどない。その結果、プラズマ生成部をより簡易且つ迅速に交換することが可能となる。 The exchange method of the plasma generation unit in the negative ion source device according to another aspect of the present invention may further include a step of heating the plasma generation unit before step (D). In this case, the plasma generator is preheated before the plasma generator is replaced. Therefore, the promoting substance adhering to the surface of the plasma generation unit evaporates and is removed from the surface before the replacement. Therefore, when the plasma generation unit is taken out of the first chamber by replacement, there is almost no possibility that the accelerating substance attached to the plasma generation unit comes into contact with the atmosphere. As a result, the plasma generation unit can be replaced more easily and quickly.
本発明によれば、プラズマ生成部の交換を簡易且つ迅速に行うことが可能な負イオン源装置及び負イオン源装置におけるプラズマ生成部の交換方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the replacement | exchange method of the plasma production | generation part in a negative ion source apparatus which can perform replacement | exchange of a plasma production | generation part simply and rapidly can be provided.
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention and are not intended to limit the present invention to the following contents. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
まず、本発明の一つの形態に係る負イオン源装置100を備える中性子捕捉療法装置1を例にとり、中性子捕捉療法装置1の概要について図1を参照しつつ説明する。中性子捕捉療法装置1は、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT:Boron Neutron Capture Therapy)を用いたがん治療などを行うために用いられる装置であり、ホウ素(10B)が投与された患者50の腫瘍へ中性子線Nを照射する。
First, the neutron capture therapy apparatus 1 including the negative
中性子捕捉療法装置1は、サイクロトロン2を備える。サイクロトロン2は、負イオン源装置100で生成された負イオン(陰イオンともいう)を加速して、荷電粒子線Rを作り出す加速器である。このサイクロトロン2は、例えば、ビーム半径40mm、60kW(=30MeV×2mA)の荷電粒子線Rを生成する能力を有している。中性子捕捉療法装置1は、加速器として、サイクロトロン2に限られず、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナックなどを用いてもよい。
The neutron capture therapy apparatus 1 includes a
サイクロトロン2から出射された荷電粒子線Rは、ビームダクト3を通り、ターゲット6へ向かって進行する。このビームダクト3に沿って複数の四極電磁石4及び走査電磁石5が設けられている。走査電磁石5は、荷電粒子線Rを走査し、ターゲット6に対する荷電粒子線Rの照射位置を制御する。
The charged particle beam R emitted from the
中性子捕捉療法装置1は、制御部(算出手段)Sを備える。制御部Sは、CPU、ROM、RAM等を有する電子制御ユニットであり、中性子捕捉療法装置1を総合的に制御する。 The neutron capture therapy apparatus 1 includes a control unit (calculation means) S. The control unit S is an electronic control unit having a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and comprehensively controls the neutron capture therapy apparatus 1.
制御部Sは、ターゲット6に照射される荷電粒子線Rの電流値(すなわち、電荷、照射線量率)をリアルタイムで測定する電流モニタMに接続されており、その測定結果に応じて中性子捕捉療法装置1の各部の制御を行う。電流モニタMとしては、例えば、荷電粒子線Rに影響を与えずに測定可能な非破壊型のDCCT(Direct Current Current Transformer)を用いることができる。 The control unit S is connected to a current monitor M that measures in real time the current value of the charged particle beam R irradiated to the target 6 (that is, charge and irradiation dose rate), and neutron capture therapy according to the measurement result. Control of each part of the apparatus 1 is performed. As the current monitor M, for example, a non-destructive DCCT (Direct Current Current Transformer) that can be measured without affecting the charged particle beam R can be used.
ターゲット6は、荷電粒子線Rの照射を受けて中性子線Nを生成する。ターゲット6は、例えば、直径160mmの円板状を呈する。ターゲット6は、例えば、ベリリウム(Be)、リチウム(Li)、タンタル(Ta)、又はタングステン(W)で形成してもよい。ターゲット6は、板状(固体)に限られず、液状であってもよい。
The
遮蔽体7は、発生した中性子線Nや、当該中性子線Nの発生に伴って生じたガンマ線等が、中性子捕捉療法装置1の外部へ放出されないように遮蔽する。減速材8は、中性子線Nを減速(中性子線Nのエネルギーを減衰)させる機能を有する。減速材8は、第1及び第2の減速材8A,8Bが積層されて構成されている。第1の減速材8Aは、中性子線Nに含まれる速中性子を主に減速させる。第2の減速材8Bは、中性子線Nに含まれる熱外中性子を主に減速させる。
The shield 7 shields the generated neutron beam N and gamma rays generated by the generation of the neutron beam N from being emitted to the outside of the neutron capture therapy apparatus 1. The
コリメータ9は、中性子線Nの照射野(中性子線Nの進行方向に直交する平面における照射範囲)を成形するものであり、中性子線Nが通過する開口9aを有している。ターゲット6で発生した中性子線Nは、減速材8を通り抜けた後、一部がコリメータ9の開口9aを通過する一方で、残部がコリメータ9の開口9aを確定する周辺部により遮蔽される。その結果、コリメータ9を通過した中性子線Nは、開口9aの形状に対応した形状に成形される。
The
中性子線量測定装置10は、治療台51上の患者50に照射される中性子線Nの線量及び線量分布を測定する装置である。
The neutron
続いて、負イオン源装置100の構成について、図2を参照しつつ説明する。負イオン源装置100は、負イオン源102と、真空ボックス104とを備える。負イオン源102と真空ボックス104とは、絶縁フランジ106によって接続されている。
Next, the configuration of the negative
負イオン源102は、チャンバ108と、磁石110と、プラズマ生成部112と、セシウム導入部114と、プラズマ電極116とを有する。
The
チャンバ108は、図示しない真空ポンプと接続されており、内部を真空状態に保持可能である。チャンバ108は、円筒状を呈する本体部108aと、本体部108aの一端側に設けられた蓋部108bとを有する。本体部108aは、チャンバ108の側壁をなしている。本体部108aの両端には、外方に向けて突出する鍔部108c,108dがそれぞれ設けられている。
The
蓋部108bは、本体部108aの一端側に位置する鍔部108cに着脱自在に取り付けられており、本体部108aの一端(開放端)を開放又は閉塞する。蓋部108bの略中央部には、円形状を呈する貫通孔108eが形成されている。貫通孔108eは、蓋部108bが本体部108aの一端を閉塞しているときに、チャンバ108の内外を連通する。
The
磁石110は、チャンバ108内で生成されたプラズマをチャンバ108に閉じ込める機能を有する。磁石110は、本体部108aの外周面側に複数配置されている。より詳しくは、磁石110は、本体部108aの外周面とは離間した状態でチャンバ108の外周側に位置する。磁石110と本体部108aの外周面との間には、図示しない冷却路が設けられている。磁石110又は本体部108aの壁部を冷却するために、当該冷却路内には水などの冷媒が循環される。
The
プラズマ生成部112は、円柱形状を呈する本体部112aと、本体部112aの端面から外方(チャンバ108の他端側、プラズマ電極116側)に延びる一対のフィラメント112bとを有する。本体部112aは、蓋部108bの貫通孔108eに対応する外形を有し、蓋部108b(貫通孔108e)に対して着脱可能である。本体部112aが蓋部108b(貫通孔108e)に取り付けられている場合、本体部112aと貫通孔108eとの間にOリング等を介在させることにより、チャンバ108内の気密が保たれる。本体部112aには、図示しない直流電源が接続されている。当該直流電源は、フィラメント112bに電圧及び電流を印加し、フィラメント112bを発熱させると共に、フィラメント112bとチャンバ108(本体部108a)との間に電位差を生じさせる。
The
セシウム導入部114は、蓋部108bを貫通するように蓋部108bに設けられている。セシウム導入部114の先端は、チャンバ108内に位置している。セシウム導入部114には、セシウム供給源118が接続されており、本実施形態では、セシウムが気体(蒸気)の状態でチャンバ108に供給される。
The
プラズマ電極116は、本体部108aの他端側に位置する鍔部108dに設けられた絶縁フランジ120と、真空ボックス104側の絶縁フランジ106との間に配置されている。プラズマ電極116は、電圧が可変の電源(図示せず)に接続されている。当該電源を制御してプラズマ電極116に印加される電圧の大きさを制御することにより、チャンバ108内のプラズマ分布を制御し、チャンバ108から引き出される負イオンの量を制御する。プラズマ電極116は、チャンバ108内で生成された負イオンをチャンバ108外(本実施形態では真空ボックス104側)に引き出すことが可能な貫通孔116aを有している。
The
プラズマ電極116の近傍には、ガス供給源122に接続された配管116bが設けられている。すなわち、配管116bは、チャンバ108の他端側に位置している。ガス供給源122は、原料ガス源(水素ガス源)及び不活性ガス源(アルゴンガス源)を含む。すなわち、ガス供給源122の原料ガスや不活性ガスは、配管116bを通じて本体部108aの他端側からチャンバ108内に供給される。
A
真空ボックス104は、チャンバ108のうち負イオンビームが引き出される下流側(チャンバ108の他端側)に位置している。真空ボックス104は、チャンバ108と同様に、内部を真空状態に保持可能である。真空ボックス104内には、引出電極等の電極124、負イオンビームのビーム量を計測するファラデーカップ(図示せず)、負イオンビームの軌道を変化させるステアリングコイル(図示せず)等が配置されている。真空ボックス104の側壁には、安全弁126が設けられている。安全弁126は、チャンバ108内(真空ボックス104内)の圧力が所定のしきい値未満である場合に閉塞し、チャンバ108内(真空ボックス104内)の圧力が所定のしきい値以上である場合に開放する。当該所定のしきい値は、チャンバ108外の圧力よりも高く設定されている。
The
上記の負イオン源装置100において、負イオンを生成する際には、まずチャンバ108及び真空ボックス104内を真空ポンプにより真空引きする。次に、ガス供給源122により原料ガス(水素ガス)をチャンバ108内に供給すると共に、セシウム供給源118によりセシウムガスをチャンバ108内に供給する。セシウム供給源118によるセシウムの供給量は、引き出したい負イオンビームのビーム量に応じて調整してもよい。セシウムが付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、セシウムは、負イオンの生成を促進する機能を有する。図2には、チャンバ108の内壁面やプラズマ電極116の表面に付着したセシウムの堆積層Cを示している。
In the negative
次に、プラズマ生成部112に電流を流し、プラズマ生成部112とチャンバ108との間に電圧が印加される。電流が流れることにより加熱されたフィラメント112bとチャンバ108との間に電圧が印加されることにより、フィラメント112bからチャンバ108へ熱電子が放出され、アーク放電が起きる。当該熱電子は、チャンバ108内に充満している水素ガスと衝突して電子を弾き出し、当該水素ガスをプラズマ化させる。
Next, a current is passed through the
プラズマ中に存在する電子のうち高速電子と低速電子とが、磁石によって弁別される。低速電子又はプラズマ電極116表面の電子と、プラズマ中の水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。こうして生成された負イオンは、プラズマ電極116の開口部を通じてチャンバ108の外に引き出され、真空ボックス104を介してサイクロトロン2に導入される。
Among electrons existing in the plasma, fast electrons and slow electrons are discriminated by a magnet. Negative ions are generated by the reaction of slow electrons or electrons on the surface of the
ところで、負イオン源装置100の稼働に伴い、フィラメント112bが消耗(劣化)するので、所定の期間の経過に応じてプラズマ生成部112を交換する必要がある。そこで、上記の負イオン源装置100におけるプラズマ生成部112を説明する。
By the way, since the
まず、ガス供給源122による水素ガスの供給と、セシウム供給源118によるセシウムガスの供給を停止する。次に、ガス供給源122により、不活性ガスをチャンバ108内に供給する。このとき、安全弁126の存在により、チャンバ108内の不活性ガスの圧力は、チャンバ108外の圧力よりも高くなる。
First, the supply of hydrogen gas from the
次に、フィラメント112bに電流を流し、フィラメント112bを発熱させる。これにより、フィラメント112bの表面に付着しているセシウムが蒸発して、フィラメント112bの表面からセシウムが取り除かれる。次に、ガス供給源122による不活性ガスのチャンバ108内への供給を継続しつつ、プラズマ生成部112を蓋部108bから取り外す。このとき、チャンバ108内の圧力はチャンバ108外の圧力よりも高いため、蓋部108bの貫通孔108eを介してチャンバ108外の大気がチャンバ108内に流入することが防がれている。次に、予め用意した新しいプラズマ生成部112を蓋部108bに取り付ける。以上により、プラズマ生成部112の交換が完了する。
Next, a current is passed through the
プラズマ生成部112の交換後は、再びチャンバ108及び真空ボックス104内を真空引きし、ガス供給源122及びセシウム供給源118によりそれぞれ水素ガス及びセシウムガスをチャンバ108内に供給する。こうして、負イオンビームの再度の生成が可能となる。この場合、チャンバ108内に生成されるプラズマの熱などにより、チャンバ108の内壁面に付着していたセシウムの堆積層Cが再び蒸発して気体となり、セシウムの再利用が可能となる。そのため、セシウム供給源118から供給されるセシウムガスの供給量が少なくて済む。
After replacement of the
以上のような本実施形態では、安全弁126により、ガス供給源122からチャンバ108内に供給されている不活性ガスの圧力が、チャンバ108外の圧力よりも高くなるように調整される。そのため、プラズマ生成部112の交換のために、プラズマ生成部112が貫通孔108eから取り外されている場合であっても、貫通孔108eを通じてチャンバ108の内側から外側に向けて不活性ガスが排出される。そのため、大気が貫通孔108eを通じてチャンバ108内に流入する虞がほとんどなく、チャンバ108内に存在するセシウムと大気とが反応することが抑制される。従って、大気と反応済のセシウムをチャンバ108内から除去するための作業や時間が必要なくなるので、プラズマ生成部112の交換を簡易且つ迅速に行うことが可能となる。加えて、大気とセシウムとの反応が抑制されるので、セシウムの消費量を大きく低減することが可能となる。
In the present embodiment as described above, the pressure of the inert gas supplied from the
本実施形態では、安全弁126は、チャンバ108内の圧力が所定の大きさ未満であるときに閉塞すると共に、チャンバ108内の圧力が所定の大きさ以上であるときに開放する。この場合、ガス供給源122からチャンバ108内に不活性ガスが供給される際に、チャンバ108内の圧力を簡便に調整することが可能となる。
In this embodiment, the
本実施形態では、安全弁126が真空ボックス104に設けられている。真空ボックス104は、一般に、チャンバ108よりも設置スペースに余裕があるので、安全弁126の設置に際して設計の自由度を高めることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、プラズマ生成部112が、蓋部108bの貫通孔108eに着脱自在に取り付けられている。そのため、プラズマ生成部112を蓋部108bから取り外したときにチャンバ108が開放される面積が小さくなるので、大気が貫通孔108eを通じてチャンバ108内に流入する虞がさらに低くなる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、貫通孔108eが形成された蓋部108bがチャンバ108の一端側に位置している一方で、ガス供給源122に接続された配管116bがチャンバ108の他端側に位置している。そのため、チャンバ108に関して貫通孔108eとは反対側から、不活性ガスがチャンバ108内に供給される。そのため、チャンバ108内において、不活性ガスが貫通孔108eに向けてほぼ一方向に流れるので、大気が貫通孔108eを通じてチャンバ108内に流入する虞がより一層低くなる。
In the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、負イオンの生成を促進すると共に大気との反応性を有する促進物質であれば、セシウム以外の物質を用いてもよい。チャンバ108内に供給される促進物質の状態は、固体、液体、気体のいずれでもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to above-described embodiment. For example, a substance other than cesium may be used as long as it promotes the production of negative ions and has a reactivity with the atmosphere. The state of the promoting substance supplied into the
ガス供給源122によりチャンバ108内に供給される不活性ガスは、アルゴン以外であってもよい。
The inert gas supplied into the
安全弁126は、チャンバ108(本体部108aや蓋部108b)に設けられていてもよい。この場合、チャンバ108内の圧力に応じて安全弁126が作動するので、チャンバ108内の圧力を安全弁126によってより正確に調整することが可能となる。
The
安全弁126の他にも、チャンバ108内の圧力をチャンバ108外の圧力よりも高くなるように調整可能な手段を用いてもよい。ガス供給源122による不活性ガスの流量等の調整により、チャンバ108内の圧力がチャンバ108外の圧力よりも高い状態を形成できれば、負イオン源装置100が安全弁126を備えていなくてもよい。
In addition to the
プラズマ生成部112は、フィラメント112bではなく、内部アンテナ型でもよい。この場合、アンテナに高周波を印加することにより、チャンバ108内にプラズマが生成される。
The
ガス供給源122に接続された配管116bがチャンバ108の他端側に位置するのではなく、他の箇所に設けられていてもよい。例えば、配管116bは、チャンバ108の一端側に設けられていてもよいし、チャンバ108の一端と他端との間に設けられていてもよい。
The
プラズマ生成部112の交換前に、フィラメント112bを必ずしも加熱しなくてもよい。
The
1…中性子捕捉療法装置、100…負イオン源装置、108…チャンバ、108a…本体部、108b…蓋部、108e…貫通孔、110…磁石、112…プラズマ生成部、112b…フィラメント、116…プラズマ電極、118…セシウム供給源、122…ガス供給源、126…安全弁。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Neutron capture therapy apparatus, 100 ... Negative ion source apparatus, 108 ... Chamber, 108a ... Main body part, 108b ... Lid part, 108e ... Through-hole, 110 ... Magnet, 112 ... Plasma generation part, 112b ... Filament, 116 ...
Claims (12)
前記第1のチャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記貫通孔に取り付けられると共に、前記原料ガス供給部により供給された原料ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
負イオンの生成を促進すると共に大気との反応性を有する促進物質を前記第1のチャンバ内に供給する促進物質供給部と、
前記プラズマ生成部の前記第1のチャンバからの取り外し作業に際して、前記プラズマ生成部の動作停止後に制御部からの制御により前記第1のチャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記不活性ガス供給部による前記第1のチャンバ内への不活性ガスの供給中に、前記制御部からの制御により取り外し対象の前記プラズマ生成部を加熱する加熱部と、
前記不活性ガス供給部による前記第1のチャンバ内への不活性ガスの供給中に、前記不活性ガス供給部から前記第1のチャンバ内に供給されている不活性ガスの圧力が、前記第1のチャンバ外の圧力よりも高くなるように調整する圧力調整部とを備える、負イオン源装置。 A first chamber provided with a through-hole communicating between the inside and the outside;
A source gas supply unit for supplying source gas into the first chamber;
A plasma generating unit that is attached to the through hole and generates plasma using the source gas supplied by the source gas supplying unit;
An accelerating substance supply unit for accelerating the production of negative ions and supplying an accelerating substance having reactivity with the atmosphere into the first chamber;
An inert gas supply unit configured to supply an inert gas into the first chamber by control from the control unit after the operation of the plasma generation unit is stopped when the plasma generation unit is detached from the first chamber;
A heating unit that heats the plasma generation unit to be removed under the control of the control unit during the supply of the inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit;
During the supply of the inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit, the pressure of the inert gas supplied from the inert gas supply unit into the first chamber is the first gas. A negative ion source device comprising: a pressure adjusting unit that adjusts the pressure to be higher than the pressure outside the chamber.
前記安全弁は、前記第2のチャンバに設けられている、請求項2に記載の負イオン源装置。 A second chamber connected to the first chamber on the downstream side from which negative ions generated in the first chamber are extracted;
The negative ion source device according to claim 2, wherein the safety valve is provided in the second chamber.
前記プラズマ生成部は、前記蓋部に着脱自在に取り付けられている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の負イオン源装置。 The first chamber has a cylindrical main body portion, a lid portion that closes an open end side of the main body portion and is provided with the through hole,
The negative ion source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plasma generation unit is detachably attached to the lid unit.
前記負イオン源装置は、
内部と外部とを連通する貫通孔が設けられた第1のチャンバと、
前記第1のチャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記貫通孔に取り付けられると共に、前記原料ガス供給部により供給された原料ガスを用いてプラズマを生成する前記プラズマ生成部と、
負イオンの生成を促進すると共に大気との反応性を有する促進物質を前記第1のチャンバ内に供給する促進物質供給部と、
前記プラズマ生成部の前記第1のチャンバからの取り外し作業に際して、前記第1のチャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記不活性ガス供給部による前記第1のチャンバ内への不活性ガスの供給中に、取り外し対象の前記プラズマ生成部を加熱する加熱部と、
前記取り外し作業に際して、前記不活性ガス供給部から前記第1のチャンバ内に供給されている不活性ガスの圧力が、前記第1のチャンバ外の圧力よりも高くなるように調整する圧力調整部とを備え、
前記原料ガス供給部及び取り外し対象の前記プラズマ生成部の動作を停止させる第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記不活性ガス供給部により前記第1のチャンバ内に不活性ガスを供給する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、取り外し対象の前記プラズマ生成部を加熱する第3の工程と、
前記第3の工程の後に、前記不活性ガス供給部による前記第1のチャンバ内への不活性ガスの供給を継続しつつ、前記貫通孔に取り付けられている取り外し対象の前記プラズマ生成部を取り外して、新たなプラズマ生成部を前記貫通孔に取り付ける第4の工程とを含む、方法。 A method of exchanging Help plasma generator put in the negative ion source device,
The negative ion source device includes:
A first chamber provided with a through-hole communicating between the inside and the outside;
A source gas supply unit for supplying source gas into the first chamber;
The plasma generator that is attached to the through hole and generates plasma using the source gas supplied by the source gas supply unit;
An accelerating substance supply unit for accelerating the production of negative ions and supplying an accelerating substance having reactivity with the atmosphere into the first chamber;
An inert gas supply unit configured to supply an inert gas into the first chamber when the plasma generation unit is removed from the first chamber;
A heating unit that heats the plasma generation unit to be removed during the supply of the inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit;
A pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the inert gas supplied from the inert gas supply unit into the first chamber to be higher than the pressure outside the first chamber during the removal operation; With
A first step of stopping the operation of the source gas supply unit and the plasma generation unit to be removed;
A second step of supplying an inert gas into the first chamber by the inert gas supply section after the first step;
After the second step, a third step of heating the plasma generation unit to be removed;
After the third step, the plasma generation unit to be removed attached to the through-hole is removed while continuing the supply of the inert gas into the first chamber by the inert gas supply unit. And a fourth step of attaching a new plasma generation unit to the through hole.
前記安全弁は、前記第2のチャンバに設けられている、請求項8に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the safety valve is provided in the second chamber.
前記プラズマ生成部は、前記蓋部に着脱自在に取り付けられている、請求項7〜10のいずれか一項に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the plasma generator is detachably attached to the lid.
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