JP6942347B2 - イオン源装置、粒子線発生装置、およびイオンビーム生成方法 - Google Patents
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Description
図1は、粒子線発生装置100の全体構成を示す構成図である。粒子線発生装置100は、イオン源装置1と、イオン分離装置2と、前段加速器3と、主加速器4と、照射装置9と、これらを制御する制御装置30を備えている。なお、図示する例では、イオン源制御装置31と加速器制御装置32と照射制御装置33とECR制御部41とを制御装置30内に備えているが、これに限らず、イオン源制御装置31と加速器制御装置32と照射制御装置33とECR制御部41を別個に備え、互いに通信して必要なデータを送受信する構成としてもよい。
図2は、イオン源装置1の構成を示す構成図である。イオン源装置1は、ガスの原子をイオン化するための電離エネルギーの供給方法の違いから、イオンビームの生成方式に幾つかの方式がある。
図3は、粒子線発生装置100の機能ブロック図である。上述のように、粒子線発生装置100は、制御装置30として、イオン源制御装置31と、加速器制御装置32と、照射制御装置33を有している。
イオン源制御装置31は、ECR制御部41、真空ポンプ/バルブ開閉制御部42、マイクロ波パワーON/OFF制御部43、パルス制御用ガスバルブ開閉制御部44、ガス導入指令受信部45、及びイオン種変更要求受信部46として機能する。
加速器制御装置32は、イオン種変更要求発信部56、ガス導入指令発信部47、イオン分離電磁石電流設定部48、前段加速器運転制御部49、主加速器運転制御部50、イオン種変更要求受信部51、及び加速電圧設定要求受信部52として機能する。
照射制御装置33は、イオン種変更要求発信部53、加速電圧設定要求発信部54、ビーム照射ゲート開閉制御部55、及び照射野形成制御部57として機能する。
イオン種変更要求発信部53は、照射装置9が照射するイオンビームのイオン種(目的のイオン)を変更するに際してイオン源制御装置31と加速器制御装置32にイオン種変更要求を発信する。
また、照射野形成制御部57は、照射装置9が照射するイオンビームの偏向角度を制御する。これにより、照射装置9がそれぞれの照射スポットに合わせてイオンビームの照射位置を制御できる。
図4は、粒子線発生装置100の動作を説明するタイムチャートである。
ここでは、照射装置9が、イオンビームとして酸素3価イオン(酸素ガスによる)を2回照射し、その後、炭素2価イオン(メタンガスによる)を1回、最後にヘリウム2価イオン(ヘリウムガスによる)を1回照射する場合を示している。
図5は、図4に示した動作を詳細に説明するタイムチャートの一部拡大図である。
待機モードでは、イオン源装置1は、イオン源制御装置31(真空ポンプ/バルブ開閉制御部42)の制御により、真空ポンプ16が作動しプラズマチャンバー12が真空引きの状態になっている。
待機モードから条件設定モードへの移行は、照射制御装置33が発信するイオン種変更要求(ここでは、イオン種設定要求)をイオン源制御装置31が受信することにより開始される。ここでのイオン種設定要求は、例えば、酸素3価イオンを目的のイオン(イオン種)として設定することを要求するものとする。
なお、照射制御装置33が発信するイオン種設定要求は、加速器制御装置32にも発信される。
次に、条件設定モードから生成モードへの移行は、加速器制御装置32が発信するガス導入指令をイオン源制御装置31が受信することにより開始される。加速器制御装置32は、主加速器4の入射モードのタイミングに合わせてイオンビームを入射させるために、ガス導入指令をイオン源制御装置31に発信する(図5参照)。
≪イオンビーム生成動作≫では、酸素3価イオンのイオンビームの生成動作を説明した。次に、イオン種を、例えば、酸素3価イオンから炭素2価イオンに変更する場合の動作を説明する(図4参照)。
酸素3価イオンの条件設定モードから炭素2価イオンの条件設定モードへの移行に際しては、まず、酸素3価イオンの条件設定モードでの設定をすべてリセットする。そして、改めて炭素2価イオンの条件設定モードの設定を上述の酸素3価イオンの場合の設定と同様に行う。
生成モードへの移行は、主加速器4に入射モードのタイミングに合わせてイオンビームを入射させるために加速器制御装置32が発信するメタンガスのガス導入指令を、上述の導入ガス種切替中の期間外にイオン源制御装置31が受信することにより開始される。
例えば、上述した実施例では加速器として前段加速器3と主加速器4を用いるシンクロトロンとしたが、これに限らず、円形加速器のみを用いるサイクロトロンとするなど、適宜の加速器を用いることができる。この場合も、任意の種類のガスをパルス的にプラズマチャンバー12内に供給して所望のイオンを得ることができ、上述した実施例と同一の作用効果を奏することができる。
2…イオン分離装置
3…前段加速器
4…主加速器
5…入射装置
6…偏向電磁石
7…加速空洞
8…出射装置
9…照射装置
10…ECRイオン源
11…プラズマ
12…プラズマチャンバー
13…電磁石
14…電極
15…イオンビーム
16…真空ポンプ
17A、17B、17C…ガスボンベ
19…ガスノズル
20…マイクロ波導波管
21、21A、21B、21C…パルス制御用ガスバルブ
22A、22B、22C…遮断用ガスバルブ
23A、23B、23C…流量調整用ガスバルブ
24A、24B、24C…ガス供給パイプ
25…ガス導入パイプ
26…ガス供給部
30…制御装置
31…イオン源制御装置
32…加速器制御装置
33…照射制御装置
100…粒子線発生装置
Claims (5)
- 真空中に導入したガスからイオンビームを生成するイオン源装置であって、
内部が真空のチャンバーと、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と
前記ガスの原子をイオン化するための電離エネルギーを前記チャンバー内に供給する電離エネルギー供給部と
を備え、
前記ガス供給部は、異なる種類のガスが充填された複数のガスボンベと、前記ガスボンベに接続され前記チャンバーへガスを通すガス通路と、前記ガス通路に取り付けられパルス的に開状態にできるパルス制御用ガスバルブを有し、
前記電離エネルギー供給部は、前記チャンバー内に前記電離エネルギーを供給する期間を、前記パルス制御用ガスバルブの開動作および閉動作によって前記チャンバー内のガス量が変化するガス量変化曲線におけるどの期間にするかを所望のイオン種に応じて制御する電離エネルギー供給期間制御部を備えた
イオン源装置。 - 前記電離エネルギー供給期間制御部は、
前記電離エネルギーを供給する前記期間を、前記パルス制御用ガスバルブが開状態から閉状態へ移行した後とする制御も実行する構成である
請求項1記載のイオン源装置。 - イオンビームを生成するイオン源装置と、
前記イオン源装置で生成されたイオンビームから目的のイオン以外を取り除くイオン分離装置と、
前記イオン分離装置で目的のイオン以外を取り除いたイオンビームを加速して出射する主加速器と、
前記主加速器から出射された高エネルギーイオンビームを標的に照射する照射装置とを備えた粒子線発生装置であって、
前記イオン源装置は、請求項1または2記載のイオン源装置であり、
前記照射装置から照射するイオン種の変更を要求するイオン種変更要求発信部と、
前記イオン種変更要求発信部によるイオン種の変更の要求に従って、前記イオン源装置の前記複数のガスボンベのうち一部のガスボンベから前記ガスを前記チャンバー内に供給するよう前記パルス制御用ガスバルブの開閉を制御するガスバルブ開閉制御部とを有する
粒子線発生装置。 - 前記主加速器は、イオンを加速する加速モードと、加速したイオンを出射する出射モードと、減速を行う減速モードと次の加速モードまで待機する入射モードの4モードの運転を実施する構成であり、
前記イオン種変更要求発信部によるイオン種の変更要求は前記出射モードまたは前記減速モードまたは前記入射モード中に実行し、
前記イオン源装置によるイオンの生成を前記入射モード中に実行する構成である
請求項3記載の粒子線発生装置。 - 内部が真空のチャンバーと、前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、前記ガスの原子をイオン化するための電離エネルギーを前記チャンバー内に供給する電離エネルギー供給部とを備えたイオン源装置により真空中に導入したガスからイオンビームを生成するイオンビーム生成方法であって、
前記ガス供給部は、異なる種類のガスが充填された複数のガスボンベと、前記ガスボンベに接続され前記チャンバーへガスを通すガス通路と、前記ガス通路に取り付けられパルス的に開状態にできるパルス制御用ガスバルブを有しており、
異なる種類のガスが充填された前記複数のガスボンベのうちの一部のガスボンベに対応するパルス制御用ガスバルブを動作させて前記チャンバー内に前記ガスをパルス的に導入する
イオンビーム生成方法。
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