KR101152723B1 - 하전입자선 조사제어장치 및 하전입자선 조사방법 - Google Patents

하전입자선 조사제어장치 및 하전입자선 조사방법 Download PDF

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Abstract

하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모함과 함께, 출사되는 하전입자선의 안정화를 도모하는 것이 가능한 하전입자선 조사제어장치 및 하전입자선 조사방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써 하전입자선의 궤도를 변경하여, 다른 물체에 하전입자선(R0)을 충돌시켜 하전입자선을 비조사상태로 한다. 가속전압을 크게 또는 작게 전환하는 것만으로 비조사상태로 하는 것이 가능하기 때문에 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모할 수 있다. 또 이온소스(21)의 아크방전의 ON/OFF 제어를 실시할 필요가 없기 때문에 아크방전의 생성에 있어서의 불안정함의 영향을 받지 않아 하전입자선의 안정화를 도모할 수 있다.

Description

하전입자선 조사제어장치 및 하전입자선 조사방법{Irradiation control apparatus of charged particle ray and irradiation method of charged particle ray}
본 발명은, 하전입자선(線) 조사(照射)제어장치 및 하전입자선 조사방법에 관한 것이다.
예컨대 사이클로트론 등의 내부 이온소스를 구비한 가속기에서는, 이온소스의 아크방전을 ON/OFF 제어함으로써, 빔(하전입자선)의 조사상태/비(非)조사상태의 전환을 행하고 있다. 또한, 종래, 사이클로트론의 빔을 차단하는 장치로서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다. 특허문헌 1에 기재된 빔 차단장치에서는, 내부 이온소스형 사이클로트론에 있어서, 내부 이온소스의 근방에 배치된 셔터를 빔 궤도상으로 이동시킴으로써, 빔을 차단한다.
일본 공개특허 제2002-25797호 공보
도 8은, 내부 이온소스에서 아크방전을 발생시켜 기동했을 경우의 빔 전류의 일례를 나타내는 그래프이다. 아크방전의 기동은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 불안정하기 때문에, 가속기로부터 출사되는 빔도 마찬가지로 불안정하게 되어, 그 결과, 불균일한 조사필드(조사야(野); field)가 될 우려가 있다.
또한, 상기 특허문헌 1에 기재된 종래기술에서는, 기계적으로 셔터를 개폐함으로써, 빔의 조사상태/비조사상태의 전환을 행하고 있기 때문에, 고속에서의 전환이 곤란하다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모함과 함께, 출사되는 하전입자선의 안정화를 도모하는 것이 가능한 하전입자선 조사제어장치 및 하전입자선 조사방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 의한 하전입자선 조사제어장치는, 하전입자선의 조사를 제어하는 하전입자선 조사제어장치로서, 하전입자선을 가속시키는 가속전압을 제어하는 제어수단을 구비하고, 제어수단은, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 하는 설정가속전압 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 하전입자선 조사방법은, 피조사체에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사방법으로서, 하전입자선을 가속시키는 가속전압을 제어하는 제어공정을 구비하고, 제어공정은, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 하는 설정가속전압 제어공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 발명에서는, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을, 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선의 궤도를 변경하여, 가속기 내의 물체에 하전입자선을 충돌시켜서, 하전입자선을 비조사상태로 할 수 있다. 이와 같이, 가속전압을 크게 또는 작게 전환하기만 하면, 비조사상태로 할 수 있기 때문에, 하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모할 수 있다. 또한, 이온소스의 아크방전의 ON/OFF 제어에 의하지 않고, 하전입자의 조사/비조사를 전환할 수 있기 때문에, 아크방전의 시작에 있어서의 불안정성의 영향을 받지 않아서, 하전입자선의 안정화를 도모할 수 있다.
여기서, 설정가속전압 제어수단은, 가속기 내에 마련된 전극에, 이온소스로부터 출사된 하전입자를 충돌시키도록, 설정가속전압을 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 설정가속전압을 제어하여, 이온소스로부터 출사된 하전입자선을 전극에 충돌시킴으로써 비조사상태로 한다. 이로써, 종래부터 배치되어 있는 전극에, 하전입자선을 충돌시켜서, 비조사상태로 할 수 있다.
또한, 설정가속전압으로의 전환 후에, 이온소스에서의 아크방전을 발생시키고, 아크방전 발생 후에, 가속전압을 기준가속전압으로 전환하는 것이 바람직하다. 이로써, 가속전압을 설정가속전압으로 변경하는 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 가속전극의 온도저하를 억제하여, 하전입자선의 안정화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 출사되는 하전입자선을 안정화시키면서, 하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 하전입자선 조사장치의 개략 구성도이다.
도 3은, 도 2 중의 사이클로트론의 개략 구성도이다.
도 4는, 도 3의 사이클로트론의 중앙 부근의 요부 확대도이다.
도 5는, 가속전압의 전환만을 실시했을 경우의 가속전압, 아크전압, 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 아크전압의 ON/OFF 제어를 도입한 경우의 가속전압, 아크전압, 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 도 1의 하전입자선 조사장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 아크방전을 ON/OFF 제어함으로써, 하전입자선을 조사상태로 했을 경우의 빔 전류를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 가속전압과 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 하전입자선 조사장치의 일부를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 하전입자선 조사장치의 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 하전입자선 조사장치(1)는, 스캐닝법에 의한 것으로서, 치료대(11)를 둘러싸도록 설치된 회전 갠트리(12)에 장착되어, 이 회전 갠트리(12)에 의해 치료대(11)의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 여기서, 도 1에는 나타내어져 있지 않지만, 하전입자선 조사장치(1)는, 치료대(11) 및 회전 갠트리(12)와는, 떨어진 위치에 가속기(2)를 구비하고 있다.
이 하전입자선 조사장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 환자(13)의 체내의 종양(피조사물)(14)을 향하여 하전입자선(R)을 연속 조사한다. 구체적으로, 하전입자선 조사장치(1)는, 종양(14)을 깊이방향(Z방향)으로 복수층으로 나누어, 각 층에 설정된 조사필드(F)에 있어서 조사라인(L)(도 7 참조)을 따라서 하전입자선(R)을 주사(走査)속도(V)로 주사하면서 연속 조사(소위 래스터 스캐닝 혹은 라인 스캐닝)한다. 즉, 하전입자선 조사장치(1)는, 종양(14)에 맞춘 3차원의 조사필드를 형성하기 위하여, 종양(14)을 복수의 층으로 분할하여 이들 각 층의 각각에 대하여 평면 스캐닝을 행한다. 이로써, 종양(14)의 3차원 형상에 맞추어 하전입자선(R)이 조사되게 된다.
하전입자선(R)은, 전하를 가진 입자를 고속으로 가속한 것이며, 하전입자선(R)으로서는, 예컨대 양자선, 중(重)입자(중이온)선, 전자선 등을 들 수 있다. 조사필드(F)는, 예컨대 최대 200mm×200mm의 영역으로 이루어지고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 여기에서의 조사필드(F)는, 그 외형이 직사각형으로 되어 있다. 여기서, 조사필드(F)의 형상은, 다양한 형상으로 하여도 되며, 예컨대 종양(14)의 형상에 따른 형상으로 하여도 물론 상관없다.
조사라인(L)은, 하전입자선(R)을 조사하는 예정선(가상선)이다. 여기에서의 조사라인(L)은, 라인 스캐닝을 예로 들면, 구형파(矩形波) 형상으로 늘어서 있고, 구체적으로는, 소정간격으로 병설된 복수의 제1 조사라인(L1)(L11~L1n, n은 정수)과, 인접하는 제1 조사라인(L1)의 일단끼리 또는 타단끼리를 접속하는 복수의 제2 조사라인(L2)을 포함하여 구성되어 있다.
도 2로 되돌아가서, 하전입자선 조사장치(1)는, 사이클로트론(2), 수속(收束)용 전자석(3a, 3b), 모니터(4a, 4b), 주사(走査) 전자석(5a, 5b), 파인 디그레이더(8) 및 제어부(6)를 구비하고 있다.
사이클로트론(2)은, 하전입자선(R)을 연속적으로 발생시키는 발생원이다. 이 사이클로트론(2)에서 발생한 하전입자선(R)은, 빔 수송계(7)에 의하여 후단의 수속용 전자석(3a)에 수송된다. 사이클로트론(2)은, 제어부(6)로부터 출력된 지령신호를 받아서, 하전입자선(R)의 조사상태(ON)/비조사상태(OFF)를 전환 가능한 구성으로 되어 있다.
수속용 전자석(3a, 3b)은, 하전입자선(R)을 좁혀 수속시키는 것이다. 수속용 전자석(3a, 3b)은, 하전입자선(R)의 조사축(이하, 간단히 「조사축」이라고 함)에 있어서 사이클로트론(2)의 하류 측에 배치되어 있다.
모니터(4a)는, 하전입자선(R)의 빔 위치를 감시하고, 모니터(4b)는, 하전입자선(R)의 선량(量)의 절대치와 하전입자선(R)의 선량 분포를 감시한다. 모니터(4a)는, 예컨대 조사축에 있어서 수속용 전자석(3a, 3b) 사이에 배치되고, 모니터(4b)는, 예컨대 조사축에 있어서 수속용 전자석(3b)의 하류 측에 배치되어 있다.
주사 전자석(5a, 5b)은, 하전입자선(R)을 주사하기 위한 것이다. 구체적으로는, 인가되는 전류에 따라 자장을 변화시킴으로써, 통과하는 하전입자선(R)의 조사 위치를 조사필드에 있어서 이동시킨다. 주사 전자석(5a)은, 조사필드(F)의 X방향(조사축에 직교하는 방향)으로 하전입자선(R)을 주사하고, 주사 전자석(5b)은, 조사필드(F)의 Y방향(조사축 및 X방향에 직교하는 방향)으로 하전입자선(R)을 주사한다. 이들 주사 전자석(5a, 5b)은, 조사축에 있어서 수속용 전자석(3b) 및 모니터(4b) 사이에 배치되어 있다. 다만, 주사 전자석(5a)이 Y방향으로 하전입자선(R)을 주사하고, 주사 전자석(5b)이 X방향으로 하전입자선(R)을 주사하는 경우도 있다.
파인 디그레이더(8)는, 깊이방향으로 복수층으로 분할된 종양(14)의 각 층에 하전입자선(R)을 조사하기 위한 것이다. 구체적으로는, 이 파인 디그레이더(8)는, 통과하는 하전입자선(R)의 에너지 손실을 변화시켜서, 환자(13)의 체내에 있어서의 하전입자선(R)의 도달깊이를 조정함으로써, 분할된 각 층 중의 한 층에 하전입자선(R)의 도달깊이를 맞춘다.
제어장치(제어수단)(6)는, 모니터(4b) 및 주사 전자석(5a, 5b)에 전기적으로 접속되어 있어서, 모니터(4b)에서 감시한 하전입자선(R)의 선량의 절대치와 선량 분포에 근거하여, 주사 전자석(5a, 5b)의 동작을 제어한다. 제어장치(6)는, 사이클로트론(2)에 전기적으로 접속되어 있어서, 사이클로트론(2)의 동작을 제어한다. 제어장치(6)는, 사이클로트론(2)의 가속전압, 아크전압을 제어한다.
도 3은, 도 2 중의 사이클로트론의 개략 구성도이다. 사이클로트론(2)은, 이온화 입자(하전입자)를 발생시키는 이온소스(하전입자 발생원)(21), 고주파 전원(22)에 접속되어 하전입자를 가속시키는 한 쌍의 가속전극(23, 24), 가속전극(23, 24)의 양측에 배치된 복수의 대항전극(25~28), 하전입자의 주회 궤도(R1)의 양측에 배치된 위상 슬릿(34)을 구비하고 있다.
가속전극(23)은, 사이클로트론(2)의 중앙부에 배치되어 하전입자의 주회 궤도(R1)를 규정하는 중심전극(31, 32)을 가지고 있다. 가속전극(24)은 사이클로트론(2)의 중앙부에 배치되어, 하전입자의 주회 궤도(R1)를 규정하는 중심전극(33)을 가지고 있다.
이온소스(21)에서 발생한 하전입자는, 가속전극(23, 24)에 의하여, 가속전압이 인가되어, 통상의 조사상태에 있어서, 주회 궤도(R1)상을 주회하면서 가속된다.
제어장치(6)는, 하전입자를 가속시키는 가속전압을 제어하는 제어수단으로서 기능하는 것이다. 제어장치(6)는, 가속전압을 전환함으로써, 하전입자선(R)의 조사상태/비조사상태의 제어를 행한다.
제어장치(6)는, 조사상태의 가속전압을 기준가속전압(V(H))으로 하고, 가속전압을 기준가속전압(V(H))보다 작은 설정가속전압(V(L))으로 전환함으로써, 하전입자선(R)을 비조사상태로 한다. 설정가속전압(V(L))으로서는, 기준가속전압(V(H))보다 10-30% 정도 낮은 전압이 바람직하다. 설정가속전압(V(L))의 하한은, 가속 공동(空洞)의 멀티팩터링 조건에 의하여 제한된다.
또한, 제어장치(6)는, 이온소스(21)에 있어서의 아크방전을 발생시키기 위한 아크전압을 제어하는 아크전압 제어수단으로서 기능한다.
도 5는, 가속전압의 전환만을 실시했을 경우의 가속전압, 아크전압, 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5에서는, 횡축에 시간의 경과를 나타내고, 「V1」은 가속전압, 「V2」는 아크전압, 「I1」은 빔 전류의 변화를 나타내고 있다.
우선, 시각(T1)에 있어서, 제어장치(6)는, 가속전압(V1)을 설정가속전압(V(L))으로 한다. 이어서, 시각(T2)에 있어서, 이온소스(21)에서의 아크전압(V2)을 발생시킨다. 이때, 이온소스(21)로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 있어서 실선으로 나타내는 궤도(R0)를 따라서 운동하여, 중심전극(32)에 충돌한다. 하전입자는 소멸하여 비조사상태가 된다.
다음으로, 시각(T3)에 있어서, 가속전압(V1)을 기준가속전압(V(H))으로 한다. 이때, 이온소스(21)로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 있어서 파선으로 나타내는 궤도(R1)를 따라서 운동하고 가속되어, 조사상태가 된다.
이어서, 시각(T4)에 있어서, 가속전압(V1)을 설정가속전압(V(L))으로 한다. 이때, 이온소스(21)로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 있어서 실선으로 나타내는 궤도(R0)를 따라 운동하여, 중심전극(32)에 충돌한다. 하전입자는 소멸하여 비조사상태가 된다.
도 6은, 아크전압의 ON/OFF 제어를 도입했을 경우의 가속전압, 아크전압, 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는, 횡축에 시간의 경과를 나타내고, 「V3」는 가속전압, 「V4」는 아크전압, 「I2」는 빔 전류의 변화를 나타내고 있다.
우선, 시각(T5)에 있어서, 가속전압(V3)을 기준가속전압(V(H))으로 한다. 이어서, 시각(T6)에 있어서, 가속전압(V3)을 설정가속전압(V(L))으로 한다. 다음으로, 시각(T7)에 있어서, 아크전압(V4)을 발생시켜 비조사상태로 하고, 시각(T8)에 있어서, 가속전압(V3)을 기준가속전압(V(H))으로 한다. 이때, 이온소스(21)로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 있어서 파선으로 나타내는 궤도(R1)를 따라 운동하여, 가속되어 조사상태가 된다.
이어서, 시각(T9)에 있어서, 가속전압(V3)을 설정가속전압(V(L))으로 한다. 이때, 이온소스(21)로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 있어서 실선으로 나타내는 궤도(R0)를 따라 운동하여, 중심전극(32)에 충돌한다. 하전입자는 소멸하여 비조사상태가 된다.
다음으로, 시각(T10)에 있어서, 아크전압(V4)을 OFF로 하고, 시각(T11)에 있어서, 가속전압(V3)을 기준가속전압(V(H))으로 한다.
다음으로, 상기 설명한 하전입자선 조사장치(1)의 동작에 대해 설명한다.
하전입자선 조사장치(1)에서는, 종양(14)을 깊이방향으로 복수층으로 분할하고, 그 중 한 층에 설정된 조사필드(F)를 향하여 하전입자선(R)을 조사한다. 그리고, 이것을 각 층에 반복하여 실시함으로써, 종양(14)의 3차원 형상을 따라서 하전입자선(R)이 조사되게 된다.
하전입자선(R)을 조사할 때에는, 제어장치(6)로 주사 전자석(5a, 5b)을 제어함으로써, 조사필드(F)의 조사라인(L)을 따라서 하전입자선(R)을 평행하게 주사한다.
여기서, 하전입자선(R)을 조사상태로 하는 경우, 제어장치(6)는, 이온소스(21)에서 아크방전을 발생시킴과 함께, 가속전압을 기준가속전압(V(H))으로 제어하여, 하전입자를 가속시킨다(제어공정). 이로써, 가속된 하전입자가 사이클로트론(2)으로부터 조사된다.
한편, 하전입자선(R)을 조사상태에서 비조사상태로 전환할 때에는, 제어장치(6)는, 가속전압을 기준가속전압(V(H))에서 설정가속전압(V(L))으로 변경한다(설정가속전압 제어공정). 이로써, 이온소스(21)으로부터 인출된 하전입자는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 궤도(R0)를 따라 진행하여, 중심전극(32)에 충돌하여, 가속되지 않게 된다. 따라서, 하전입자가 사이클로트론(2)으로부터 조사되지 않는다.
하전입자선(R)을 비조사상태에서 조사상태로 전환할 때에는, 제어장치(6)는, 가속전압을 설정가속전압(V(L))에서 기준가속전압(V(H))으로 변경한다.
이와 같이 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에 의하면, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을, 기준가속전압보다 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 비조사상태로 한다. 즉, 가속전압을 작게 하여, 하전입자선의 궤도를 변경하여, 하전입자선을 중심전극(32)에 충돌시켜서 소멸시킨다. 이와 같이, 가속전압을 작게 전환하는 것만으로도, 비조사상태로 할 수 있기 때문에, 하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환의 고속화를 도모할 수 있다. 여기서, 본 실시형태의 하전입자선 조사장치(1)에서는, 예컨대 1ms 이하로 빔 전류의 ON/OFF 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 하전입자선 조사제어장치를 구비한 하전입자선 장치는, 하전입자선의 조사상태/비조사상태의 전환(ON/OFF 제어)을 고속으로 행할 수 있기 때문에, 스캐닝 조사(照射)를 행하는 치료장치에 있어서 특히 유효하다. 스캐닝 조사를 행하는 경우, 예컨대 1ms 이하에서 빔을 안정시키는 것이 중요하고, 1ms 이하에서 빔을 전환하여 안정시킴으로써, 빔의 균일성을 적합하게 유지할 수 있다. 예컨대, 도 7 중의 제1 조사라인(L1)을 따른 조사에서는, 1 라인 당, 10ms 이하의 연속 조사가 행하여진다.
또한, 이온소스(21)의 아크방전의 ON/OFF 제어에 의하지 않고, 하전입자의 조사/비조사를 전환할 수 있기 때문에, 이 전환시에 있어서, 아크방전의 기동에 있어서의 불안정성의 영향을 받지 않는다. 이로써, 하전입자선의 조사상태로의 전환 후에 있어서의 하전입자선의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 중심전극(32)에 하전입자선을 충돌시켜 소멸시키는 구성이기 때문에, 종래부터 설정되어 있는 중심전극(32)을 이용함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 할 수 있다.
또한, 가속전압을 OFF 하지 않고, 비조사상태로 할 수 있기 때문에, 가속전극의 온도가 큰 폭으로 저하하는 일이 없다.
여기서, 가속전극의 온도저하를 더욱 억제하는 경우에는, 하전입자선을 조사상태로 하기 직전까지 이온소스 아크를 OFF 함과 함께, 가속전압을 기준가속전압(V(H))의 상태로 해 놓는다. 다음으로, 가속전압을 기준가속전압(V(H))에서 설정가속전압(V(L))으로 전환한 후, 이온소스(21)에서의 아크방전을 발생시킨다. 이어서, 아크방전의 안정 후에, 가속전압을, 설정가속전압(V(L))에서 기준가속전압(V(H))으로 전환한다. 이로써, 가속전압을 설정가속전압(V(L))으로 제어하는 시간을 단축함으로써, 가속전극의 온도저하를 최소한으로 억제할 수 있어서, 하전입자선의 안정화를 도모할 수 있다.
도 9는, 가속전압과 빔 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9에서는, 횡축에 가속전압을 나타내고, 종축에 빔 전류를 나타내고 있다. 도면 중, 「Vpmax」는, 가속 공동(空洞)의 멀티팩터링 조건의 최고 전압을 나타내고, 「V(L)」은, 설정가속전압(V(L))이며, 「V(H)」는, 기준가속전압(V(H))이다. 또한, 「V(H)min」은, 빔 전류가 생기기 시작하는 가속전압(V(H)min)이다. 빔 전류가 생기기 시작하는 가속전압(V(H)min)은, 개개의 사이클로트론에서 상이한 것으로서, 간단한 규칙성은 없는 것이다. 설정가속전압(V(L))은, 가속전압(V(H)min)보다 낮게 설정되어 있으면 된다. 또한, 기준가속전압(H)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 소정의 범위를 가지며, 1점의 값은 아니다.
이상, 본 발명을 그 실시형태에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 기준가속전압보다 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 하고 있지만, 가속전압을 기준가속전압보다 큰 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 해도 된다.
도 4에서는, 가속전압을 기준가속전압보다 큰 설정가속전압으로 전환했을 경우의 하전입자의 궤도(R2)가 도시되어 있다. 이 경우의 궤도(R2)는, 통상의 조사상태의 주회 궤도(R1)보다, 직경 방향의 외측으로 진행되고, 하전입자는, 중심전극(31)에 충돌한다. 이로써, 하전입자선을 비조사상태로 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 중심전극(32)에 이온소스로부터 출사된 하전입자를 충돌시키도록, 설정가속전압을 결정하고 있지만, 예컨대, 다른 중심전극, 가속전극, 대항전극, 위상 슬릿, 벽체 등에, 하전입자를 충돌시켜서, 비조사상태로 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명의 하전입자선 조사장치(방법)의 의료 분야에의 적용에 대하여 설명하고 있지만, 예컨대, 반도체 웨이퍼 조사(照射) 등의 산업용의 방사선 조사장치 등, 기타 분야의 하전입자선 조사장치에 본 발명을 적용해도 된다.
본 발명은 하전입자선 조사제어장치의 산업에 이용될 수 있다.
1…하전입자선 조사장치
2…사이클로트론(가속기)
6…제어장치(제어수단, 설정가속전압 제어수단, 아크전압 제어수단)
21…이온소스
23, 24…가속전극
31~33…중심전극

Claims (6)

  1. 하전입자선의 조사를 제어하는 하전입자선 조사제어장치로서,
    하전입자를 가속시키는 가속전압을 제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 제어수단은, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 상기 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 하는 설정가속전압 제어를 행하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은, 가속기 내에 마련된 전극에, 이온소스로부터 출사된 하전입자를 충돌시키도록, 상기 설정가속전압을 제어하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사제어장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 설정가속전압으로의 전환 후에, 이온소스에서의 아크방전을 발생시키는 아크전압 제어를 행하고,
    아크방전 발생 후에, 상기 가속전압을 상기 기준가속전압으로 전환하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사제어장치.
  4. 피조사체에 하전입자선을 조사하는 하전입자선 조사방법으로서,
    하전입자선을 가속시키는 가속전압을 제어하는 제어공정을 구비하고,
    상기 제어공정은, 하전입자선의 조사상태의 가속전압을 기준가속전압으로 하고, 가속전압을 상기 기준가속전압보다 크거나 또는 작은 설정가속전압으로 전환함으로써, 하전입자선을 비조사상태로 하는 설정가속전압 제어공정을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 설정가속전압 제어공정은, 가속기 내에 마련된 전극에, 이온소스로부터 출사된 하전입자를 충돌시키도록, 상기 설정가속전압을 제어하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 제어공정은, 상기 설정가속전압으로의 전환 후에, 이온소스에서의 아크방전을 발생시키는 아크전압 제어공정과,
    아크방전 발생 후에, 상기 가속전압을 상기 기준가속전압으로 전환하는 공정을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 하전입자선 조사방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001349996A (ja) 2000-06-12 2001-12-21 Nissin High Voltage Co Ltd 電子線照射装置用加速電圧制御装置
JP2001356198A (ja) 2000-06-13 2001-12-26 Nissin High Voltage Co Ltd 電子線照射装置
KR20050083810A (ko) * 2002-10-25 2005-08-26 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 전자 가속기 및 이것을 사용한 방사선 치료장치
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001349996A (ja) 2000-06-12 2001-12-21 Nissin High Voltage Co Ltd 電子線照射装置用加速電圧制御装置
JP2001356198A (ja) 2000-06-13 2001-12-26 Nissin High Voltage Co Ltd 電子線照射装置
KR20050083810A (ko) * 2002-10-25 2005-08-26 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 전자 가속기 및 이것을 사용한 방사선 치료장치
KR100931301B1 (ko) 2007-07-24 2009-12-11 한국원자력연구원 이온원 전극과 이온원 전극보호회로의 이상을 동시에 검출하기 위한 원격검출장치

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