JP6736452B2 - 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置 - Google Patents

線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6736452B2
JP6736452B2 JP2016212517A JP2016212517A JP6736452B2 JP 6736452 B2 JP6736452 B2 JP 6736452B2 JP 2016212517 A JP2016212517 A JP 2016212517A JP 2016212517 A JP2016212517 A JP 2016212517A JP 6736452 B2 JP6736452 B2 JP 6736452B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
linear accelerator
ion
ion beam
dtl
high frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016212517A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018073639A (ja
Inventor
貴行 佐古
貴行 佐古
晶子 角谷
晶子 角谷
潔和 佐藤
潔和 佐藤
光一 中山
光一 中山
宮本 篤
篤 宮本
竹内 猛
猛 竹内
中田 耕太郎
耕太郎 中田
一哉 大崎
一哉 大崎
健 吉行
健 吉行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Energy Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2016212517A priority Critical patent/JP6736452B2/ja
Publication of JP2018073639A publication Critical patent/JP2018073639A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6736452B2 publication Critical patent/JP6736452B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、イオンビームを加速する線形加速装置、これを用いた中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置に関する。
一般に、重粒子線治療装置には、イオン加速装置が設置されている。このイオン加速装置は、がん治療に必要なイオンビームをシンクロトロンに入射可能なエネルギーまで加速する装置である。
イオン加速装置は、イオンを生成するイオン源と、このイオン源から引き出されたイオンビームを加速する線形加速器とがビームライン上に配置されている。線形加速器には、例えば高周波四重極線形加速器(Radio Frequency Quadrupole、以下、RFQと記す)、ドリフトチューブ線形加速器(Drift Tube Linac、以下、DTLと記す)がある。
上記DTLは、加速管と高周波電源で構成される。この加速管は、真空容器であって共振器となる共振空洞と、この共振空洞内の軸方向に沿って複数配列されて共振空洞内のイオンビームを加速する電極部とを備えている。一方、上記高周波電源は、上記共振空洞内の電極部間にイオン加速用の高周波電界を発生させるために高周波電力を供給する装置である。
Y.Iwata,et.al., NIM A 569(2006)685−696(4. Measurements of the electric field)
上述したDTLは、一般に周波数が数百MHz帯域、ピーク電力が100kW以上の領域において高周波電源に真空管型高周波増幅器が用いられている。この真空管型高周波増幅器は、定期的に真空管を交換する必要があり、真空管の交換後又は不具合時に各種運転パラメータを調整することが必要である。そのため、真空管型高周波増幅器は、メンテナンス性が低いという問題がある。
この問題を解決するため、真空管型高周波増幅器に代えて半導体型高周波増幅器を適用することが考えられる。この半導体型高周波増幅器は、その出力上限値が真空管型高周波増幅器よりも低く、目的とするエネルギーまでイオンビームを加速させるだけの電力が得られない。また、目的とする電力を得るため、複数の低出力の半導体型高周波増幅器を結合器で結合させる場合は、高周波の反射等により所望の出力が得られず、運転の不安定性を招くという問題がある。
本実施形態が解決しようとする課題は、半導体型高周波増幅器を用いてイオンビームを低エネルギーから安定的に加速することが可能な線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本実施形態に係る線形加速装置は、第1の線形加速器と、前記第1の線形加速器に対し、イオンビームの進行方向に沿い、かつ前記イオンビームの進行方向の下流側に設置された第2の線形加速器と、前記第1の線形加速器に設置されて前記イオンビームを収束させるビーム収束機器と、前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器にそれぞれに接続されて高周波電力を供給する半導体型高周波増幅器と、を備え、前記第2の線形加速器に、前記イオンビームを収集させるビーム収束機器を設置しないことを特徴とする。
本実施形態の中性子ビーム生成装置は、本実施形態に係る線形加速装置と、前記線形加速装置で加速されたイオンビームが照射されて中性子ビームを生成する中性子生成標的部と、を備えることを特徴とする。
本実施形態の粒子線治療装置は、イオンを生成するイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームが輸送される第1の線形加速器と、前記第1の線形加速器に対し、前記イオンビームの進行方向に沿い、かつ前記イオンビームの進行方向の下流側に設置された第2の線形加速器と、前記第1の線形加速器に設置されて前記イオンビームを収束させるビーム収束機器と、前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器にそれぞれに接続されて高周波電力を供給する半導体型高周波増幅器と、前記第2の線形加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射機器と、を備え、前記第2の線形加速器に、前記イオンビームを収集させるビーム収束機器を設置しないことを特徴とする。
本実施形態によれば、半導体型高周波増幅器を用いてイオンビームを低エネルギーから安定的に加速することが可能になる。
第1実施形態の線形加速装置を適用した粒子線治療装置を示す構成図である。 第1実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。 第1実施形態の線形加速装置における上流側DTLの内部構造を示す概略斜視図である。 第1実施形態の線形加速装置における下流側DTLの内部構造を示す概略斜視図である。 第2実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。 第3実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。 第5実施形態の線形加速装置においてビーム軸方向位置と加速同期位相との関係を示す波形図である。 各実施形態の線形加速装置の第2適用例の中性子ビーム生成装置を示すブロック図である。
以下、本実施形態に係る線形加速装置、粒子線治療装置及び中性子ビーム生成装置について、図面を参照して説明する。
(粒子線治療装置)
(構 成)
図1は第1実施形態の線形加速装置を適用した粒子線治療装置を示す構成図である。
図1に示すように、粒子線治療装置は、概略的にイオン入射装置20、中間エネルギービーム輸送系(Middle Energy Beam Transport、以下、MEBT系機器と記す)6、シンクロトロン7、取出し機器13、照射装置19を備えている。
イオン入射装置20は、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)イオン源(以下、ECRイオン源と記す)1、低エネルギービーム輸送系(Low Energy Beam Transport、以下、LEBT系機器と記す)2、線形加速器としてのRFQ3、本実施形態の線形加速装置4、及び荷電変換装置21を備えている。
本実施形態の線形加速装置4は、イオンビームの軸方向(進行方向)に対して上流側に設置される第1の線形加速器としての上流側DTL41と、下流側に設置される第2の線形加速器としての下流側DTL42と、上流側DTL41と下流側DTL42とを接続する真空ダクト43と、上流側DTL41及び下流側DTL42に各一端が接続された2つの導波管44と、2つの導波管44の各他端が接続された2つの半導体型高周波増幅器45と、を備えている。
シンクロトロン7は、偏向電磁石8、四極電磁石9、六極電磁石10、高周波加速空洞11、及びバンプ電磁石12を備えている。
(作 用)
次に、粒子線治療装置の作用を説明する。
ECRイオン源1は、ガスを電離してプラズマを生成し、電界によりイオンを引き出し、その引出電流は直流である。ECRイオン源1は、多価イオンを生成可能であるが、価数の高いイオンの電流量が小さい。そのため、ECRイオン源1は、がん治療に必要なイオン電流量を確保するため、カーボン4価イオン(C4+)を生成する。なお、カーボン4価イオン以外にも、ECRで生成して治療に供することができるHe等の陽イオンが考えられる。また、高周波の周波数を高くするか、若しくは超電導ECR方式、レーザイオン源方式等で、カーボン5価イオン、カーボン6価イオンを生成することも考えられる。
ECRイオン源1で生成したイオンは、LEBT系機器2でビーム特性を調整しながら、その下流側に設置したRFQ3、上流側DTL41、下流側DTL42に輸送される。RFQ3は、イオンビームを電気的に収束及び加速する。同様に、上流側DTL41、下流側DTL42もイオンビームを電気的に収束及び加速する。
上流側DTL41及び下流側DTL42を出射したイオンビームは、荷電変換装置21でカーボン4価イオン(C4+)からカーボン6価イオン(C6+)に変換され、MEBT系機器6を経てシンクロトロン7へ輸送される。
シンクロトロン7は、イオンビームを多数回、周回させてがん治療に必要なエネルギーまでさらに加速する。具体的には、偏向電磁石8は、周回軌道を作成する。四極電磁石9は、イオンビームの収束をコントロールする。六極電磁石10は、クロマティシティ(色収差)を補正する。高周波加速空洞11は、イオンビームを加速する。
シンクロトロン7により十分なエネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用のバンプ電磁石12、取出し機器13を経て出射軌道18から図示しない照射室に輸送される。この照射室内には、照射装置19が設置されている。この照射装置19から照射対象である患者の患部にイオンビームを照射することで、がん治療が行われる。
なお、図1に示す粒子線治療装置では、重粒子線を用いた例について説明したが、これに限らず陽子線を用いた粒子線治療装置にも適用可能である。
(線形加速装置の第1実施形態)
(構 成)
図2は第1実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。図3は第1実施形態の線形加速装置における上流側DTLの内部構造を示す概略斜視図である。図4は第1実施形態の線形加速装置における下流側DTLの内部構造を示す概略斜視図である。なお、図2〜図4において、図1と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
図2に示すように、上流側DTL41と下流側DTL42は、真空ダクト43を介して接続される。上流側DTL41及び下流側DTL42は、それぞれ導波管44を介して半導体型高周波増幅器45が接続されている。
各導波管44は、それぞれの半導体型高周波増幅器45からの高周波電力を上流側DTL41、下流側DTL42に供給する。すなわち、各半導体型高周波増幅器45は、それぞれ導波管44を介して上流側DTL41、下流側DTL42にピーク値で数百kWの高周波電力を供給する。
図3及び図4に示すように、上流側DTL41、下流側DTL42は、それぞれ円筒状に形成されて共振空洞47を形成する真空容器46と、この真空容器46内の共振空洞47の軸方向に沿って一定間隔をあけて配列され一体化した電極部48及び支持部49と、を備えている。これら電極部48及び支持部49は、共振空洞47内に複数設置されている。各電極部48は、中空円筒状に形成され、それぞれ支持部49により共振空洞47の上下(又は左右)から交互に配列されている。
なお、共振空洞47の内面形状は円筒状に形成される他、多角形断面又は多角形の頂点を滑らかにR形状で繋いだ形状でもよく、さらに複数個の部品を接続して形成してもよい。
本実施形態では、図3に示すように上流側DTL41の電極部48にイオンビームを横方向(ビーム径方向)から収束させるビーム収束機器としての電磁石50が設置されている。具体的には、上流側DTL41の電極部48の外周面に電磁石50が巻き付けられている。ここで、図4に示すように、下流側DTL42には、ビーム収束機器が設置されていない。
なお、本実施形態では、ビーム収束機器として電磁石50を用いた例について説明したが、これに限らず電極部48の外周面に永久磁石を取り付けるか、あるいは電極部48と電極部48との間に永久磁石を配置する、又は電極部48内部に永久磁石ないし電磁石を埋め込んでもよく、さらには電極部48の長さ又は電極部48と電極部48とのギャップ(ドリフトチューブギャップ)長を増減させてイオンビームを横方向から収束させるようにしてもよい。
(作 用)
このように構成された本実施形態において、上流側DTL41では、エネルギーが低くRF(高周波)発散力によりイオンビームが発散しやすい。そこで、本実施形態では、上流側DTL41内の電極部48にビーム収束機器である電磁石50を設置している。これにより、上流側DTL41では、入射したイオンビームが収束されながら加速され、下流側DTL42では目的とするエネルギーまで加速される。
したがって、本実施形態では、上流側DTL41においてイオンビームを収束しつつ加速し、下流側DTL42においてイオンビームを所定のエネルギーまで加速する。
また、本実施形態では、線形加速器であるDTLを2つに分割することにより、1つ当たりのDTLの消費電力を低下させることができる。その結果、真空管型高周波増幅器と比較して1つ当たりの出力の低い半導体型高周波増幅器45でも目的とする高周波電力を供給することができる。
そして、DTLを2つに分割して上流側DTL41、下流側DTL42とすると、DTL全体として軸方向長さが真空ダクト43の長さ分だけ長くなるため、イオンビームが発散して通過しにくくなる。すなわち、上流側DTL41では、エネルギーが低く、イオンビームが低速で進んで発散しやすい。
そこで、本実施形態では、上流側DTL41にビーム収束機器として電磁石50を設置してビーム収束力を強くし、イオンビームを収束させながら加速する。また、下流側DTL42では、上流側DTL41よりエネルギーが高いので、ビーム収束機器を設置せずに、その状態でイオンビームを加速する。
(効 果)
このように本実施形態では、DTLを上流側DTL41と下流側DTL42に分割し、上流側DTL41にビーム収束機器としての電磁石50を設置し、上流側DTL41及び下流側DTL42がそれぞれ独立の半導体型高周波増幅器45に接続されている。これにより、半導体型高周波増幅器45を用いてイオンビームを低エネルギーから安定的にかつ低消費電力で加速することが可能になる。
また、DTLを上流側DTL41と下流側DTL42に分割したことにより、DTL1個あたりに必要な高周波電力の定格出力を低減することができる。その結果、出力上限値の低い半導体型高周波増幅器45を用いた線形加速装置4を提供することができる。
さらに、本実施形態によれば、DTLを上流側DTL41と下流側DTL42に分割し、上流側DTL41にビーム収束機器としての電磁石50を設置したことにより、エネルギーの高い下流側DTL42において共振空洞47内部からビーム収束機器を省略することができる。そのため、下流側DTL42の構造を簡素化することが可能になる。
本実施形態を上述した粒子線治療装置に適用した場合、上流側DTL41では、エネルギーが低くRF発散力で発散しやすいものの、ビーム収束機器としての電磁石50を備えているので、イオンビームが収束されながら加速され、下流側DTL42を用いて後段のシンクロトロン7への入射に必要なエネルギーまでイオンビームを加速することができる。これにより、安定的かつ低消費電力の線形加速装置4としてシンクロトロン7へのイオンビームの入射が可能となる。そのため、照射装置19で必要なエネルギーまでイオンビームを加速することができる。
なお、本実施形態の線形加速装置4は、上記のようにシンクロトロン7に接続した例について説明したが、これに限らず、例えば線形加速器、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、FFAG(Fixed Field Alternating Gradient;固定磁場強収束)加速器等の高エネルギー加速器、又はストレージリング等に接続してもよい。
(線形加速装置の第2実施形態)
(構 成)
図5は第2実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。なお、前記第1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し、異なる構成及び作用を説明する。その他の実施形態も同様である。
図5に示すように、本実施形態では、前記第1実施形態の構成に加えて、上流側DTL41と下流側DTL42との間の真空ダクト43の外周面に四重極電磁石51が1個乃至複数個(本実施形態では2個)配置されている。
なお、本実施形態では、上記の構成に加えて、クロマティシティ(色収差)を補正するため、真空ダクト43の外周面にさらに六重極電磁石又は八重極電磁石等の多重極電磁石を配置してもよい。
(作用及び効果)
このように構成された本実施形態では、上流側DTL41の直後で発散方向となるイオンビームでも、四重極電磁石51でイオンビームの収束をコントロールして下流側DTL42に入射させることが可能になる。
このように本実施形態によれば、四重極電磁石51を設置していない状態と比べ、上流側DTL41内部のビーム収束力を相対的に弱い状態に止めることができる。そのため、上流側DTL41内部に設置したビーム収束機器を永久磁石又は電磁石とした場合には、それらを低性能のものにすることができる。
また、ビーム収束機器を電極部48の長さ又は電極部48と電極部48とのギャップ長を増減させる方式とした場合には、高周波をより加速方向に振り向けて加速効率を向上させ、上流側DTL41の軸方向長さを短くするとともに、上流側DTL41の消費電力を低減させることができる。
(線形加速装置の第3実施形態)
(構 成)
図6は第3実施形態の線形加速装置を示すブロック図である。
図6に示すように、本実施形態では、前記第2実施形態の構成に加えて、上流側DTL41と下流側DTL42との間の真空ダクト43の外周面にビームモニター52が配置されている。このビームモニター52は、制御部53が接続されている。本実施形態のビームモニター52には、非破壊的にイオンビームの電流値、サイズ、及び位置等を測定する装置として例えばCT(カレントトランス)が用いられている。
ここで、本実施形態において非破壊的に測定するということは、イオンビームの進行を妨げることなく、測定することである。一方、破壊的に測定するビームモニターとしては、イオンビームの進行を受けて停止させて測定することである。その測定装置としては、例えばFC(ファラデーカップ)、ワイヤーモニタ、蛍光板等が挙げられる。
制御部53は、四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45に接続されている。制御部53は、ビームモニター52で測定した測定信号を入力し、その測定信号に基づいて四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45の出力を制御する制御信号を出力する。
制御部53は、コンピュータ資源によって構成され、図示しない記録媒体又はROM(Read Only Memory)に記録された動作プログラム及び各種データ等をCPU(Central Processing Unit)が読み出してメインメモリに展開し、この展開した動作プログラムを順次CPUが実行する。
(作用及び効果)
このように構成された本実施形態において、上流側DTL41と下流側DTL42との間にビームモニター52を配置したことにより、上流側DTL1と下流側DTL2の間でイオンビームの電流値、サイズ、位置等の状態を測定することができる。このビームモニター52の測定信号は、制御部53に出力される。制御部53は、入力した測定信号に基づいて四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45に制御信号をフィードバックすることで、四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45の出力を調整することができる。
具体的には、四重極電磁石51の出力を制御する場合には、ビームモニター52でイオンビームのサイズを見ながら、四重極電磁石51に流れる電流値を変えて、その磁場を変化させる。これにより、四重極電磁石51によるビームの収束力を調整することができる。
また、半導体型高周波増幅器45の出力を制御する場合には、ビームモニター52でイオンビームのサイズを見ながら、半導体型高周波増幅器45の出力を変えることで、上流側DTL1と下流側DTL2に供給する高周波電力を調整することができる。
このように本実施形態によれば、上流側DTL41と下流側DTL42との間の真空ダクト43にビームモニター52を配置したことにより、線形加速装置4の中段でイオンビームの電流値、サイズ、位置等が測定可能となる。そのため、この測定信号をフィードバックさせて線形加速装置4全体でイオンビームを輸送及び加速することができるように四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45の出力を調整することが可能となる。
なお、本実施形態では、四重極電磁石51、各半導体型高周波増幅器45に制御部53を接続して出力を調整するようにしたが、これに限らずECRイオン源1又はRFQ3に制御部53を接続して出力を調整するようにしてもよい。
(線形加速装置の第4実施形態)
(構 成)
次に、第4実施形態の線形加速装置について説明する。
本実施形態は、前記第3実施形態の構成に比較して、下流側DTL42の真空容器46の共振空洞47内にビームの横方向収束用のビーム収束機器を設置していない。
なお、本実施形態では、下流側DTL42を複数設置した場合でも、横方向収束のためのビーム収束機器を設置していない。
(作用及び効果)
このように構成された本実施形態では、エネルギーが低くRF発散力で発散しやすい上流側ではビーム収束機器が設置された上流側DTL41でイオンビームが収束されながら加速され、下流側DTL42で目的とするエネルギーまで加速される。
このように本実施形態によれば、DTLを上流側DTL41と下流側DTL42に分割し、下流側DTL42にビーム収束機器を設置していないので、エネルギーの高い下流側DTL42において共振空洞47内部の構造を簡素化することが可能になる。
(線形加速装置の第5実施形態)
(構 成)
図7は第5実施形態の線形加速装置においてビーム軸方向位置と加速同期位相との関係を示す波形図である。
本実施形態では、前記第3実施形態の構成に加えて、下流側DTL42にビーム収束機器50が設置され、加速同期位相の周期数が上流側DTL41よりも小さくなるように設定されている。
ここで、加速同期位相の周期数とは、単独の共振空洞47内部での電極部48と電極部48とのギャップ(ドリフトチューブギャップ)でのイオンビームの投入高周波に対する加速同期位相が図7に示す0,+,0,−,0(又は0,−,0,+,0)の1周期数のように位相のプラス、マイナスの領域の変動数を意味する。上記周期数が多ければ多いほど、イオンビームが収束しやすくなり、加速効率が低下する。加速同期位相が+のときはイオンビームが収束し、−のときはイオンビームが発散する。
したがって、本実施形態では、下流側DTL42の加速同期位相の周期数が上流側DTL41の周期数よりも小さくなるように設定されている。この場合の加速同期位相の周期数が例えば1以下となる。これにより、下流側DTL42では、上流側DTL41と比較して弱いビーム収束力を持たせることができる。
(作用及び効果)
このように構成された本実施形態では、エネルギーが低くRF発散力で発散しやすい上流側ではビーム収束機器を備えた上流側DTL41でイオンビームが収束されながら加速される。下流側DTL42では、相対的に高エネルギーとなるため、上流側DTL41より弱いビーム収束機器のみで目的とするエネルギーまで加速される。
このように本実施形態によれば、高周波をより加速方向に振り向けて加速効率を向上させ、下流側DTL42の真空容器46のビーム軸方向長さを短くするとともに、下流側DTL42の消費電力を低減させることができる。
(線形加速装置の第1適用例)
第1適用例は、図1に示す粒子線治療装置において互いに異なるイオンを生成するイオン源を複数設置した粒子線治療装置の線形加速装置に適用した例である。
(構 成)
次に、上記各実施形態の線形加速装置の第1適用例を図1に基づいて説明する。なお、第1適用例では、前記粒子線治療装置及び各実施形態の線形加速装置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し、異なる構成及び作用を説明する。
第1適用例では、図1に示すECRイオン源1として炭素ビームの他、少なくとも1種類のハドロン(陽子、ヘリウム、アルゴン等)を生成する図示しないイオン源が並列に接続される。具体的に、第1適用例では、ECRイオン源1と、図示しないアルゴンを生成するイオン源とがLEBT系機器2に並列接続される。これらのイオン源は、切替機構としてのLEBT系機器2内の偏向電磁石で切り替えられる。
ここで、ECRイオン源1の場合、下流側DTL42の出射エネルギーが例えば3.9MeV/u以上4.5MeV/u以下である。また、アルゴンを生成するイオン源の場合、下流側DTL42の出射エネルギーが例えば5MeV/u以上8MeV/u以下である。
したがって、イオン源は、1個のECRイオン源1で構成される他、本適用例のように核種毎に複数のイオンを生成するために複数個のイオン源を配置し、偏向電磁石からなるビームラインで切り替えるようにしている。
(作 用)
このように構成された第1適用例では、炭素ビームの他、少なくとも1種類のハドロンをエネルギーが低くRF発散力で発散しやすい上流側においてビーム収束機器を備えた上流側DTL41でビームが収束されながら加速され、下流側DTL42を用いて後段のシンクロトロン7への入射に必要なエネルギーまでイオンビームを加速し、シンクロトロン7を用いて照射装置19で必要なエネルギーまで加速することができる。
(効 果)
このように第1適用例によれば、半導体型高周波増幅器45を用いても安定、かつ低消費電力な線形加速装置4として照射装置19で必要なエネルギーまで複数種類のビーム加速が可能となる。
なお、第1適用例では、核種毎に複数のイオンを生成するために複数個のイオン源を配置した例について説明したが、これに限らず、例えば1つのイオン源で核種ごとの複数の種類のイオンを生成可能とし、このイオン源から複数の種類のイオンビームを引き出せるように構成してもよい。
(線形加速装置の第2適用例)
第2適用例は、上述した各実施形態の線形加速装置を中性子生成装置に適用した例である。第2適用例では、半導体型高周波増幅器45を用いて陽子ビームを中性子の生成に必要なエネルギーまで加速している。
(構 成)
図8は各実施形態の線形加速装置の第2適用例の中性子ビーム生成装置を示すブロック図である。なお、第2適用例では、前記粒子線治療装置及び各実施形態の線形加速装置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し、異なる構成及び作用を説明する。
図8に示す中性子ビーム生成装置は、下流側DTL42の陽子ビームの進行方向下流側に真空ダクト43を介して中性子生成標的部55が設置されている。
第2適用例のイオン源1aは、イオンビームである陽子ビームを生成する。中性子生成標的部55は、リチウム、ベリリウム等の金属からなる中性子生成物質の他、水素脆化対策用の水素吸蔵合金、冷却機構等で構成されたターゲットである。
(作 用)
このように構成された第2適用例では、イオン源1aで陽子ビームが生成され、この陽子ビームはエネルギーが低くRF発散力で発散しやすい上流側においてビーム収束機器を備えた上流側DTL41により陽子ビームが収束されながら加速される。
そして、下流側DTL42を用いて中性子生成標的部55において中性子の生成に必要なエネルギーまでビームが加速される。中性子生成標的部55では、陽子ビームがターゲットに照射されて中性子ビームが生成される。
(効 果)
本実施形態によれば、半導体型高周波増幅器45を用いても安定、かつ低消費電力な線形加速装置として中性子生成標的部55において中性子の生成に必要なエネルギーまで陽子ビームを加速することができる。
(その他の実施形態)
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
なお、上記実施形態では、上流側DTL41、下流側DTL42の真空容器46をそれぞれ1つ設置した例について説明したが、これに限らず上流側DTL41、下流側DTL42の真空容器46をそれぞれ複数設置してもよい。すなわち、上流側DTL41、下流側DTL42の真空容器46は、それぞれ少なくとも1つ設置すればよい。
1…ECRイオン源、1a…イオン源、2…LEBT系機器、3…RFQ、4…線形加速装置、6…MEBT系機器、7…シンクロトロン、8…偏向電磁石、9…四極電磁石、10…六極電磁石、11…高周波加速空洞、12…バンプ電磁石、13…取出し機器、18…出射軌道、19…照射装置、20…イオン入射装置、21…荷電変換装置、41…上流側DTL(第1の線形加速器)、42…下流側DTL(第2の線形加速器)、43…真空ダクト、44…導波管、45…半導体型高周波増幅器、46…真空容器、47…共振空洞、48…電極部、49…支持部、50…電磁石(ビーム収束機器)、51…四重極電磁石、52…ビームモニター、53…制御部、55…中性子生成標的部

Claims (11)

  1. 第1の線形加速器と、
    前記第1の線形加速器に対し、イオンビームの進行方向に沿い、かつ前記イオンビームの進行方向の下流側に設置された第2の線形加速器と、
    記第1の線形加速器に設置されて前記イオンビームを収束させるビーム収束機器と、
    前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器にそれぞれに接続されて高周波電力を供給する半導体型高周波増幅器と、
    を備え
    前記第2の線形加速器に、前記イオンビームを収集させるビーム収束機器を設置しないことを特徴とする線形加速装置。
  2. 前記第1の線形加速器と前記第2の線形加速器との間に配置された四重極電磁石をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の線形加速装置。
  3. 前記第1の線形加速器と前記第2の線形加速器との間に配置され、前記イオンビームの状態を測定するビームモニターをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の線形加速装置。
  4. 前記ビームモニターから出力された測定信号を入力する制御部をさらに備え、この制御部は、前記各半導体型高周波増幅器及び前記四重極電磁石にそれぞれ制御信号を出力することを特徴とする請求項3に記載の線形加速装置。
  5. 前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器がそれぞれ一つの真空容器で構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の線形加速装置。
  6. 前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器がそれぞれ複数の真空容器で構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の線形加速装置。
  7. 前記第2の線形加速器に前記ビーム収束機器が設置され、前記第2の線形加速器の加速同期位相の周期数を前記第1の線形加速器よりも小さくしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の線形加速装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の線形加速装置と、
    前記線形加速装置で加速されたイオンビームが照射されて中性子ビームを生成する中性子生成標的部と、を備えることを特徴とする中性子ビーム生成装置。
  9. イオンを生成するイオン源と、
    前記イオン源から引き出されたイオンビームが輸送される第1の線形加速器と、
    前記第1の線形加速器に対し、前記イオンビームの進行方向に沿い、かつ前記イオンビームの進行方向の下流側に設置された第2の線形加速器と、
    前記第1の線形加速器に設置されて前記イオンビームを収束させるビーム収束機器と、
    前記第1の線形加速器及び前記第2の線形加速器にそれぞれに接続されて高周波電力を供給する半導体型高周波増幅器と、
    前記第2の線形加速器のイオンビームが輸送され、このイオンビームを周回させて所定のエネルギーまで加速するシンクロトロンと、
    前記シンクロトロンにより加速されたイオンビームを取り出す取出し機器と、
    前記取出し機器により取り出されたイオンビームを照射対象に照射する照射機器と、
    を備え、
    前記第2の線形加速器に、前記イオンビームを収集させるビーム収束機器を設置しないことを特徴とする粒子線治療装置。
  10. 前記イオン源は、核種ごとに複数の種類のイオンを生成可能とし、このイオン源から複数の種類のイオンビームが引き出されることを特徴とする請求項9に記載の粒子線治療装置。
  11. 前記イオン源は、核種ごとに複数設置され、これらのイオン源から引き出されたイオンビームを切替機構により切替可能に構成したことを特徴とする請求項9に記載の粒子線治療装置。
JP2016212517A 2016-10-31 2016-10-31 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置 Active JP6736452B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016212517A JP6736452B2 (ja) 2016-10-31 2016-10-31 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016212517A JP6736452B2 (ja) 2016-10-31 2016-10-31 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018073639A JP2018073639A (ja) 2018-05-10
JP6736452B2 true JP6736452B2 (ja) 2020-08-05

Family

ID=62114430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016212517A Active JP6736452B2 (ja) 2016-10-31 2016-10-31 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6736452B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6855654B1 (ja) 2019-07-09 2021-04-07 東レフィルム加工株式会社 シーラントフィルム
JP7378326B2 (ja) * 2020-03-18 2023-11-13 住友重機械工業株式会社 粒子線装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04101400A (ja) * 1990-08-17 1992-04-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd シンクロトロン装置の入射エネルギ安定化装置
JPH05129099A (ja) * 1991-01-31 1993-05-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 永久磁石内蔵ドリフトチユーブ
JP2932473B2 (ja) * 1996-03-27 1999-08-09 日新電機株式会社 高周波型荷電粒子加速装置
DE102009017648A1 (de) * 2009-04-16 2010-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Gasinjektionssystem und Verfahren zum Betrieb eines Gasinjektionssystems, insbesondere für eine Partikeltherapieanlage
EP3020451B1 (en) * 2013-07-11 2020-04-22 Hitachi, Ltd. Beam transport system and particle therapy device
JP6033462B2 (ja) * 2013-11-26 2016-11-30 三菱電機株式会社 シンクロトロン用入射器システム、およびシンクロトロン用入射器システムの運転方法
WO2016035151A1 (ja) * 2014-09-03 2016-03-10 三菱電機株式会社 可搬型線形加速器システムおよびそれを備えた可搬型中性子源

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018073639A (ja) 2018-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5602855B2 (ja) ドリフトチューブ線形加速器
JP6613466B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
JP2004525486A (ja) 重イオン癌治療施設で使用されるイオンを生成し、選択する装置
JP5336991B2 (ja) 荷電粒子線ビームの制御用電磁石及びこれを備えた照射治療装置
Xie et al. Conceptional design of the laser ion source based hadrontherapy facility
JP2007165250A (ja) マイクロ波イオン源、線形加速器システム、加速器システム、医療用加速器システム、高エネルギービーム応用装置、中性子発生装置、イオンビームプロセス装置、マイクロ波プラズマ源及びプラズマプロセス装置
US8525449B2 (en) Charged particle beam extraction method using pulse voltage
JP6736452B2 (ja) 線形加速装置、中性子ビーム生成装置及び粒子線治療装置
US20210393986A1 (en) Ion source, circular accelerator using same, and particle beam therapy system
Degiovanni et al. TERA high gradient test program of RF cavities for medical linear accelerators
Klebaner et al. Proton improvement plan–II: Overview of progress in the construction
JP7293042B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置および荷電粒子ビーム照射方法
JP6622142B2 (ja) 粒子線ビーム輸送装置および照射治療装置
CN107211523B (zh) 射频腔
WO2018096648A1 (ja) 加速器および粒子線照射装置
JP6833355B2 (ja) イオン入射装置及び粒子線治療装置
JP2020064753A (ja) 加速器、およびそれを用いた加速器システム、粒子線治療システム
WO2021260988A1 (ja) 粒子加速器および粒子線治療装置
Yao et al. A 60 MeV ultra-compact proton accelerator for proton radiation effects in China
Sharma et al. Reference physics design for 1 GeV injector Linac and accumulator ring for Indian Spallation Neutron Source
Li et al. Novel deuteron RFQ design with trapezoidal electrodes and double dipole four-vane structure
Wei CHINA SPALLATION NEUTRON SOURCE DESIGN.
Barsuk et al. First optics design and beam performance simulation of PRAE: Platform for Research and Applications with Electrons at Orsay
WO2018092483A1 (ja) 加速器および粒子線照射装置、ならびにビームの取出し方法
Bustinduy et al. A conceptual description of the ESS-Bilbao accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20171201

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171201

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191217

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200616

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200715

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6736452

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150