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

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（Ｃ^４＋）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（Ｃ^４＋）からカーボン６価イオン（Ｃ^６＋）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、
   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。

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