KR20150057939A - Thin film for accelerating laser ion, apparatus for making the same, and therapeutic apparatus using the same - Google Patents

Thin film for accelerating laser ion, apparatus for making the same, and therapeutic apparatus using the same Download PDF

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Abstract

The present specification discloses a thin film for accelerating laser ions. The thin film for accelerating laser ions comprises a proton layer having relatively high proton density; an electron layer having relatively high electron density; and an electrically neutral layer disposed between the proton layer and the electron layer.

Description

레이저 이온 가속용 박막, 그것의 제조 장치, 및 그것을 이용한 치료 장치{THIN FILM FOR ACCELERATING LASER ION, APPARATUS FOR MAKING THE SAME, AND THERAPEUTIC APPARATUS USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thin film for laser ion acceleration, an apparatus for manufacturing the thin film, and a treatment apparatus using the thin film,

본 발명은 레이저 이온 가속 기술에 관한 것으로서, 특히 고밀도와 고에너지를 갖는 양성자를 획득할 수 있는 레이저 이온 가속용 박막, 그것의 제조 장치, 및 그것을 이용한 치료 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser ion acceleration technique, and more particularly, to a thin film for laser ion acceleration capable of obtaining a proton having high density and high energy, an apparatus for manufacturing the thin film, and a treatment apparatus using the same.

방사선을 이용한 치료 방법으로는 엑스선(X-ray), 전자선(electro beam), 및 이온빔(ion beam)을 이용한 치료 방법 등이 있다. 그 중에서도 이온빔을 이용한 치료 방법은 이온 가속 장치를 필요로 한다. 하지만, 싱크로트론(synchrotron) 또는 사이클로트론(synchro-cyclotron) 가속을 이용한 치료 장치는 고가로 사용이 어렵다. 또한, 싱크로트론 가속 장치의 경우, 환자의 치료를 위한 겐트리(gentry)의 무게가 수백 톤에 이르고, 겐트리가 차지하는 부피가 건물의 세 개 층에 해당한다.Methods of treating with radiation include X-ray, electro-beam, and ion beam treatment. Among them, the ion beam treatment method requires an ion accelerator. However, treatment devices using synchrotron or synchro-cyclotron accelerations are expensive and difficult to use. In the case of synchrotron accelerators, the gentry for treating patients weighs hundreds of tons, and Gentry's volume is equivalent to three layers of the building.

그러므로, 고에너지의 양성자를 생성할 수 있고, 가격과 크기를 감소시킨 타겟 물질을 필요로 하였다.Therefore, a target material which can produce a high energy proton and has a reduced price and size was required.

본 발명의 목적은 고에너지의 양성자를 생성하는 레이저 이온 가속용 박막, 그것의 제조 장치, 및 그것을 이용한 치료 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a thin film for accelerating a laser ion which produces a proton with high energy, an apparatus for manufacturing the thin film, and a treatment apparatus using the same.

본 발명의 다른 목적은 가격과 크기가 감소된 레이저 이온 가속용 박막, 그것의 제조 장치, 및 그것을 이용한 치료 장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a thin film for laser ion acceleration with reduced price and size, an apparatus for manufacturing the thin film, and a treatment apparatus using the same.

본 발명에 따른 레이저 이온 가속용 박막은 양성자의 밀도가 상대적으로 높게 형성된 양성자층, 전자 밀도가 상대적으로 높게 형성된 전자층, 및 상기 양성자층과 상기 전자층 사이에 위치하고, 전기적으로 중성인 중성층을 포함한다.The laser ion acceleration thin film according to the present invention comprises a proton layer in which the density of protons is relatively high, an electron layer in which the electron density is relatively high, and an electronically neutral layer located between the proton layer and the electron layer, .

이 실시예에 있어서, 상기 양성자층은 고밀도의 양성자를 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the proton layer includes a high density of protons and is characterized by having a Bragg peak characteristic.

이 실시예에 있어서, 상기 전자층은 고밀도의 전자들을 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the electronic layer includes high-density electrons and is characterized by having a Bragg peak characteristic.

이 실시예에 있어서, 상기 레이저 이온 가속용 박막은 상기 양성자층에 펨토초 고출력 레이저가 입사될 때, 고에너지를 갖는 양성자를 발생시키는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the laser ion acceleration thin film is characterized in that when a femtosecond high power laser is incident on the proton layer, a proton having high energy is generated.

이 실시예에 있어서, 상기 레이저 이온 가속용 박막은 약 1 마이크로미터 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the laser ion acceleration thin film has a thickness of about 1 micrometer or less.

본 발명에 따른 레이저 이온 가속용 박막 제조 장치는 박막을 고정하는 박막 홀더, 상기 박막의 일측면에 위치하고, 상기 박막의 일면에 양성자를 주입하는 양성자 주입기, 및 상기 박막의 다른 측면에 위치하고, 상기 박막의 다른 일면에 전자를 주입하는 전자 주입기를 포함한다.The apparatus for fabricating a thin film for laser ion acceleration according to the present invention comprises a thin film holder for fixing a thin film, a proton injector located on one side of the thin film, for injecting a proton into one side of the thin film, And an electron injector for injecting electrons to the other surface of the substrate.

이 실시예에 있어서, 제어 신호 입력에 의해 상기 양성자 주입기의 양성자 주입 밀도와 상기 전자 주입기의 전자 주입 밀도를 조절하는 제어부를 더 포함한다.In this embodiment, the control unit further includes a control unit for controlling the proton implantation density of the proton implanter and the electron injection density of the electron injector by a control signal input.

이 실시예에 있어서, 상기 양성자 주입기는 상기 양성자의 주입을 통해 상기 박막의 일측면에 고밀도의 양성자층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the proton injector forms a high-density proton layer on one side of the thin film through the implantation of the proton.

이 실시예에 있어서, 상기 양성자층은 브레그 피크 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the proton layer has a Bragg peak characteristic.

이 실시예에 있어서, 상기 전자 주입기는 상기 전자의 주입을 통해 상기 박막의 일측면에 고밀도의 전자층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the electron injector forms a high-density electron layer on one side of the thin film through injection of electrons.

이 실시예에 있어서, 상기 전자층은 브레그 피크 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the electronic layer is characterized by having a Bragg peak characteristic.

본 발명에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 이용한 치료 장치는 펨토초의 레이저빔을 생성하는 레이저, 및 상기 펨토초의 레이저빔의 입사에 의해 고에너지를 갖는 양성자를 생성하는 레이저 이온 가속용 박막을 포함하고, 상기 레이저 이온 가속용 박막은 양성자의 밀도가 상대적으로 높게 형성된 양성자층, 전자 밀도가 상대적으로 높게 형성된 전자층, 및 상기 양성자층과 상기 전자층 사이에 위치하고, 전기적으로 중성인 중성층을 포함한다.A treatment apparatus using a laser ion acceleration thin film according to the present invention includes a laser for generating a laser beam of femtosecond and a laser ion acceleration thin film for generating a proton having high energy by the incidence of the femtosecond laser beam, The laser ion acceleration thin film includes a proton layer in which the density of the proton is relatively high, an electron layer in which the electron density is relatively high, and an electrically neutral layer positioned between the proton layer and the electron layer.

이 실시예에 있어서, 상기 펨토초의 레이저빔을 상기 레이저 이온 가속용 박막의 초점 거리로 포커싱하는 포커싱 유닛을 더 포함한다.In this embodiment, it further includes a focusing unit for focusing the femtosecond laser beam to a focal distance of the laser ion acceleration thin film.

이 실시예에 있어서, 상기 전자층은 고밀도의 전자들을 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the electronic layer includes high-density electrons and is characterized by having a Bragg peak characteristic.

이 실시예에 있어서, 상기 양성자층은 고밀도의 양성자를 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the proton layer includes a high density of protons and is characterized by having a Bragg peak characteristic.

이 실시예에 있어서, 상기 레이저 이온 가속용 박막은 약 1 마이크로미터 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the laser ion acceleration thin film has a thickness of about 1 micrometer or less.

이 실시예에 있어서, 상기 치료 장치는 상기 고밀도와 고에너지를 갖는 양성자를 종양의 위치에 집적시켜 상기 종양을 제거하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the treatment apparatus is characterized in that the proton having high density and high energy is accumulated at the tumor site to remove the tumor.

본 발명의 레이저 이온 가속용 박막은 양측에 양성자층과 전자층을 형성함에 따라 입사되는 레이저 빔에 따라 고에너지의 양성자를 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 레이저 이온 가속용 박막은 광학적 겐트리 방식으로 활용됨에 따라 타겟 물질의 가격과 크기를 감소시킬 수 있다.As the proton and electron layers are formed on both sides of the thin film for laser ion acceleration according to the present invention, high energy proton can be generated according to the incident laser beam. In addition, since the thin film for laser ion acceleration of the present invention is utilized in an optical gantry manner, the price and size of the target material can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 생성하기 위한 박막의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막의 이온층을 형성하는 동작을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막의 전자층을 형성하는 동작을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막 제조 장치를 도시한 도면, 및
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 이용한 치료 장치를 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a thin film for generating a laser ion acceleration thin film according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing an operation of forming an ion layer of a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention,
3 is a view showing an operation of forming an electron layer of a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention,
4 is a view showing a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a view showing an apparatus for producing a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention, and FIG.
6 is a view showing a treatment apparatus using a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted in order to avoid obscuring the gist of the present invention.

본 발명은 고에너지를 갖는 양성자(또는 이온)를 생성할 수 있는 레이저 이온 가속용 박막, 그것의 제조 장치, 및 그것을 이용한 치료 장치를 제공한다. 여기서, 레이저 이온 가속용 박막은 펨토초(femto second) 레이저와 같은 고출력의 레이저가 입사되면, 고에너지의 양성자를 출력한다. 예를 들어, 레이저 이온 가속용 박막을 통해 인체의 종양 조직에 고에너지의 양성자를 입사시킬 수 있다. 이를 통해, 종양 세포를 괴사시켜 암과 같은 질병을 치료에 활용할 수 있다. 이는 예시적으로 설명된 것으로 레이저 이온 가속용 박막은 레이저 이온 가속을 위한 다른 다양한 분야와 다양한 질병의 치료에도 활용될 수 있다.The present invention provides a thin film for laser ion acceleration capable of producing a proton (or ion) having high energy, an apparatus for manufacturing the same, and a treatment apparatus using the same. Here, the laser ion acceleration thin film outputs a high energy proton when a high output laser such as a femtosecond laser is incident. For example, a high-energy proton can enter the tumor tissue of a human body through a thin film for laser ion acceleration. Through this, tumor cells can be necrotized and diseases such as cancer can be utilized for treatment. This is illustrated by way of example, and thin films for laser ion acceleration can be utilized in various other fields for laser ion acceleration and for the treatment of various diseases.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 생성하기 위한 박막의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a thin film for generating a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하면, 박막(100)은 알루미늄(Al)과 같은 도전성 박막, 질화규소(SiN) 또는 실리카(SiO)와 같은 절연석 박막, 탄소 성분의 박막, 및 폴리머 성분의 박막을 포함한다. 여기서, 박막(100)의 두께(10)는 수 마이크로미터(um)에서 수 십 나노미터(nm)이다.Referring to FIG. 1, the thin film 100 includes a conductive thin film such as aluminum (Al), an insulating thin film such as silicon nitride (SiN) or silica (SiO), a thin film of a carbon component, and a thin film of a polymer component. Here, the thickness 10 of the thin film 100 is several tens of nanometers (nm) to several micrometers (um).

박막(100)은 원자핵(110)과 전자(120)로 구성될 수 있다. 이러한, 원자핵과 전자는 전하를 가지고 있으나, 박막(100)의 전체로는 전기적으로 중성이다.The thin film 100 may consist of an atomic nucleus 110 and electrons 120. These nuclei and electrons have electric charge, but the entire thin film 100 is electrically neutral.

이와 같은, 박막(100)은 타겟 물질로 사용될 수 있으며, 고유의 양성자 밀도와 전자 밀도, 또는 이온 밀도와 원자 밀도를 가질 수 있다. 티엔에스에이(Target Normal Sheath Acceleration, 이하 'TNSA'라 칭하기로 함) 모델에 따르면, 전자밀도가 클수록 양성자와 전자 사이의 전기장이 크다.As such, the thin film 100 can be used as a target material, and can have a unique proton density and an electron density, or an ion density and an atomic density. According to the Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) model, the larger the electron density, the larger the electric field between the proton and the electron.

또한, 전기장이 클수록 양성자(또는 이온)의 가속 에너지는 크기 때문에 전자밀도가 중요한 특성을 갖는다.In addition, the larger the electric field, the greater the acceleration energy of the proton (or ions), and thus the electron density is important.

이에, 전자 밀도와 이온 밀도를 조절함으로써, 고에너지의 양성자(또는 이온)를 생성할 수 있는 레이저 이온 가속용 박막을 제안한다.Thus, a thin film for laser ion acceleration capable of producing a high energy proton (or ion) by controlling the electron density and the ion density is proposed.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막의 이온층을 형성하는 동작을 도시한 도면이다.2 is a view showing an operation of forming an ion layer of a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 박막(100)의 일측면에 위치한 양성자 주입기(310)를 통해 양성자를 주입한다. 박막(100)은 자연 상태의 물질로 구성된다. 양성자 주입기(310)는 양성자(311)를 생성하고, 생성된 양성자들을 박막(100)의 일측면에 주입(312)한다.Referring to FIG. 2, a proton is implanted through a proton injector 310 located on one side of the thin film 100. The thin film 100 is composed of a material in a natural state. The proton injector 310 generates a proton 311 and injects the generated protons 312 into one side of the thin film 100.

이를 통해, 제안된 레이저 이온 가속용 박막(200)의 일측면에 양성자층(210)이 생성된다. 양성자층(210)은 레이저 이온 가속용 박막(200)의 다른 영역에 비해 양성자(211)의 밀도가 높게 형성된다. 만약, 양성자 주입기(310) 대신에 이온 주입기(210)가 사용될 수도 있다. 이때, 양성자층(210)은 이온 밀도가 높은 이온층을 형성한다. Thus, a proton layer 210 is formed on one side of the proposed laser ion acceleration thin film 200. The proton layer 210 is formed to have a higher density of the proton 211 than other regions of the laser ion acceleration thin film 200. If an ion injector 210 is used instead of the proton injector 310, At this time, the proton layer 210 forms an ion layer having a high ion density.

한편, 양성자 주입기(310)는 플라즈마 상태를 갖는 챔버 형태의 이온 가속기를 이용할 수 있다.Meanwhile, the proton injector 310 may use an ion accelerator in the form of a chamber having a plasma state.

레이저 이온 가속용 박막(200)의 하단에 위치한 그래프에 양성자 또는 이온의 밀도 분포가 도시(10)되어 있다. 그래프에서, 양성자층(210)(또는 이온층)은 자연 상태의 박막(100)에 포함된 양성자(또는 이온)의 밀도에 양성자 주입기(310)에 의해 주입된 양성자(또는, 이온)의 밀도가 더해진 값을 갖는다. 따라서, 양성자층(210)이 위치한 부근에서 양성자(또는, 이온)의 밀도가 가장 큰 값을 갖는다.A density distribution of protons or ions is shown in a graph located at the bottom of the thin film 200 for laser ion acceleration. In the graph, the proton layer 210 (or the ionic layer) is formed by adding the density of the protons (or ions) injected by the proton injector 310 to the density of the protons (or ions) contained in the thin film 100 in the natural state Lt; / RTI > Therefore, the density of the proton (or ion) in the vicinity of the proton layer 210 is the largest.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막의 전자층을 형성하는 동작을 도시한 도면이다.3 is a view showing an operation of forming an electron layer of a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 박막(100)의 일측면에 위치한 전자 주입기(320)를 통해 전자를 주입한다. 박막(100)은 자연 상태의 물질로 구성된다. 전자 주입기(320)는 전자(321)를 생성하고, 생성된 전자들을 박막(100)의 일측면에 주입(322)한다.Referring to FIG. 3, electrons are injected through an electron injector 320 located on one side of the thin film 100. The thin film 100 is composed of a material in a natural state. The electron injector 320 generates electrons 321 and injects generated electrons 322 into one side of the thin film 100.

이를 통해, 제안된 레이저 이온 가속용 박막(200)의 일측면에 전자층(220)이 생성된다. 전자층(220)은 레이저 이온 가속용 박막(200)의 다른 영역에 비해 전자(221)의 밀도가 높게 형성된다.Thus, an electron layer 220 is formed on one side of the proposed thin film 200 for laser ion acceleration. The electron layer 220 is formed to have a higher density of electrons 221 than other regions of the laser ion acceleration thin film 200.

전자 주입기(320)는 전자총 형태 또는 플라즈마 상태를 갖는 챔버 형태의 전자 가속기를 이용할 수 있다.The electron injector 320 may use an electron accelerator in the form of an electron gun or a chamber in the form of a plasma.

레이저 이온 가속용 박막(200)의 하단에 위치한 그래프에 전자의 밀도 분포가 도시(20)되어 있다. 그래프에서, 전자층(220)(또는 이온층)은 자연 상태의 박막(100)에 포함된 전자의 밀도에 전자 주입기(320)에 의해 주입된 전자의 밀도가 더해진 값을 갖는다. 따라서, 전자층(220)이 위치한 부근에서 전자의 밀도가 가장 큰 값을 갖는다.A density distribution of electrons is shown in a graph located at the lower end of the thin film 200 for laser ion acceleration. In the graph, the electron layer 220 (or the ion layer) has a value obtained by adding the density of electrons injected by the electron injector 320 to the density of electrons contained in the thin film 100 in a natural state. Therefore, the density of electrons in the vicinity of the position of the electron layer 220 has the largest value.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 도시한 도면이다.4 is a view showing a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 레이저 이온 가속용 박막(200)은 양성자층(210), 전자층(220), 및 중성층(230)을 포함한다. 이러한, 레이저 이온 가속용 박막(200)은 일면(X)에 양성자층(210)이 형성되고, 다른 일면(Y)에 전자층(220)이 형성된다.Referring to FIG. 4, the laser ion acceleration thin film 200 includes a proton layer 210, an electron layer 220, and a neutral layer 230. The laser ion acceleration thin film 200 has the proton layer 210 on one side X and the electron layer 220 on the other side Y. [

예를 들어, 레이저 이온 가속용 박막(200)은 약 1 마이크로미터(um) 이하로 구성될 수 있다. 레이저 이온 가속용 박막(200)은 질화규소(SiN) 또는 실리카(SiO)와 같은 절연석 박막, 탄소 성분의 박막, 및 폴리머 성분의 박막 중 하나를 이용할 수 있다.For example, the laser ion acceleration thin film 200 may be configured to be less than about 1 micrometer (um). The laser ion acceleration thin film 200 can use one of an insulating thin film such as silicon nitride (SiN) or silica (SiO), a thin film of a carbon component, and a thin film of a polymer component.

레이저 이온 가속용 박막(200)의 하단에 표시된 그래프를 살펴보면, 양성자층(210)에서 양성자(또는 이온) 밀도가 높게 형성(31)되고, 전자층(220)에서 전자 밀도(32)가 높게 형성된다.The proton (or ion) density is formed to be high 31 in the proton layer 210 and the electron density 32 is formed to be high in the electron layer 220 do.

양성자층(210)은 고밀도의 양성자(211)를 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는다. 또한, 전자층(220)은 고밀도의 전자(221)를 포함하고, 브레그 피크 특성을 갖는다.The proton layer 210 includes a high density proton 211 and has a Bragg peak characteristic. Also, the electron layer 220 includes electrons 221 of high density and has a Bragg peak characteristic.

이와 같은 양성자/이온 밀도와 전자 밀도는 조절될 수 있고, 밀도가 높을수록 고에너지를 갖는 양성자(이온)의 출력을 획득할 수 있다. 즉, TNSA 모델에서 양성자(또는, 이온) 밀도와 전자 밀도가 클수록 양성자와 이온 사이의 전기장이 커진다. 예를 들면, 양성자의 밀도를 두 배로 증가시키고, 전자의 밀도를 두 배로 증가시키면, 레이저 빔의 조사에 따라 네 배의 전기장을 획득할 수 있다.Such proton / ion density and electron density can be controlled, and the higher the density, the higher the output of a proton (ion) having high energy can be obtained. In other words, the larger the density and electron density of a proton (or ion) in the TNSA model, the larger the electric field between the proton and the ion. For example, doubling the density of protons and doubling the density of electrons can yield four times the electric field as the laser beam is irradiated.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막 제조 장치를 도시한 도면이다.5 is a view showing an apparatus for producing a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 레이저 이온 가속용 박막 제조 장치(300)는 양성자 주입기(310), 전자 주입기(320), 박막 홀더(330), 및 제어기(340)를 포함한다. 예를 들어, 박막 홀더(330)에 박막(100)이 위치할 수 있다.Referring to FIG. 5, an apparatus 300 for fabricating a laser ion acceleration thin film includes a proton injector 310, an electron injector 320, a thin film holder 330, and a controller 340. For example, the thin film 100 may be placed on the thin film holder 330.

양성자 주입기(310)는 박막(100)에 양성자(또는 이온)를 주입한다. 박막 홀더(330)의 일측면에 위치한다.The proton injector 310 injects a proton (or ions) into the thin film 100. And is located on one side of the thin film holder 330.

전자 주입기(320)는 박막(100)에 전자를 주입한다. 전자 주입기(320)는 박막 홀더(330)를 기준으로 양성자 주입기(310)와는 다른 측면에 위치한다.The electron injector 320 injects electrons into the thin film 100. The electron injector 320 is positioned on the side of the thin film holder 330 other than the proton injector 310.

박막 홀더(330)는 박막(100)을 고정하는 기능을 갖는다.The thin film holder 330 has a function of fixing the thin film 100.

제어기(340)는 외부 제어에 의해 양성자 주입기(310)와 전자 주입기(320)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어기(340)는 양성자 주입기(310)의 양성자 주입 동작을 제어하고, 전자 주입기(320)의 전자 주입 동작을 제어할 수 있다.The controller 340 can control the operation of the proton injector 310 and the electron injector 320 by external control. In this way, the controller 340 can control the proton injection operation of the proton injector 310 and the electron injection operation of the electron injector 320.

이를 통해, 박막 홀더(330)에 삽입된 박막(100)은 양성자의 주입에 따른 양성자층과 전자 주입에 따른 전자층을 형성한다. 이를 통해, 레이저 이온 가속용 박막 제조 장치(300)는 도 4에 도시된 바와 같은 레이저 이온 가속용 박막(200)을 생성할 수 있다.Through this, the thin film 100 inserted into the thin film holder 330 forms a proton layer according to the implantation of protons and an electron layer according to electron injection. Thus, the laser ion accelerating thin film manufacturing apparatus 300 can generate the laser ion accelerating thin film 200 as shown in FIG.

한편, 양성자 주입기(310)가 박막(100)의 일면에 양성자(또는 이온)를 주입한 후, 전자 주입기(320)가 박막(100)의 다른 일면에 전자를 주입하는 동작을 통해 레이저 이온 가속용 박막(200)을 생성할 수 있다. 이와 달리, 전자 주입기(320)가 박막(100)의 일면에 전자를 주입한 후, 양성자 주입기(310)가 박막(100)의 다른 일면에 양성자(또는 이온)를 주입하는 동작을 통해서도 레이저 이온 가속용 박막(200)을 생성할 수 있다.The proton injector 310 injects protons (or ions) onto one surface of the thin film 100 and then injects electrons to the other surface of the thin film 100 by the electron injector 320, The thin film 200 can be produced. Alternatively, after the electron injector 320 injects electrons into one side of the thin film 100 and then the proton injector 310 injects a proton (or ions) into the other side of the thin film 100, The thin film 200 can be formed.

만약, 박막(100)이 탄소 성분의 박막이면, 양성자 주입기(310)는 탄소 이온을 박막(100)에 주입하여 탄소 이온의 밀도를 높게 형성할 수 있다.If the thin film 100 is a carbon thin film, the proton injector 310 can inject carbon ions into the thin film 100 to form carbon ions with a high density.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이온 가속용 박막을 이용한 치료 장치를 도시한 도면이다.6 is a view showing a treatment apparatus using a thin film for laser ion acceleration according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 치료 장치(400)는 레이저 이온 가속용 박막(200)과 레이저(410)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the treatment apparatus 400 includes a laser ion acceleration thin film 200 and a laser 410.

레이저(410)는 레이저 이온 가속용 박막(200)에 조사하기 위한 레이저빔을 생성한다. 여기서, 레이저빔은 펨토초(femto second)의 레이저빔이 사용될 수 있다.The laser 410 generates a laser beam for irradiating the thin film 200 for laser ion acceleration. Here, the laser beam may be a femtosecond laser beam.

또한, 레이저(410)의 출력단에는 레이저빔의 초점을 레이저 이온 가속용 박막(200)의 초점 거리로 포커싱하는 포커싱 유닛(미도시)이 위치할 수 있다.Also, a focusing unit (not shown) for focusing the focal point of the laser beam to the focal distance of the laser ion acceleration thin film 200 may be located at the output end of the laser 410.

레이저(410)에서 출력된 펨토초의 레이저빔이 레이저 이온 가속용 박막(200)이 종양으로부터 초점 거리에 위치한다.The femtosecond laser beam output from the laser 410 is located at a focal distance from the tumor.

이때, 레이저(410)는 레이저 이온 가속용 박막(200)의 양성자층(또는 이온층)에 레이저빔이 조사되도록 할 수 있다. 이때, 레이저빔에 의해 레이저 이온 가속용 박막(200)의 전자층에서 전자들이 박막을 탈출함으로써, 양성자층과 강력한 전기장이 형성된다. 결국, 레이저(410)를 통해 고에너지의 양성자가 전자층을 통해 출력될 수 있다.At this time, the laser 410 may irradiate the laser beam to the proton layer (or ion layer) of the laser ion acceleration thin film 200. At this time, electrons escape the thin film from the electron layer of the laser ion acceleration thin film 200 by the laser beam, thereby forming a strong electric field with the proton layer. As a result, a high-energy proton can be output through the electron layer through the laser 410.

레이저(410)를 통해 유도된 고에너지의 양성자(또는, 고에너지의 이온)은 인체 내부의 종양(40)의 위치까지 뚫고 들어간다(420). 그래서, 고에너지의 양성자는 종양의 위치에 집적되고 있다.The high energy protons (or high energy ions) induced through the laser 410 penetrate 420 into the interior of the human body to the location of the tumor 40. Thus, high-energy protons accumulate at the site of the tumor.

여기서, 양성자 또는 이온이 집적되는 종양의 위치(40)는 브레그 피크를 형성하는 지점과 동일한다. 여기서, 고에너지 상태의 전하를 띤 입자가 물질을 통과할 때, 물질속의 반대 전하에 의해 에너지를 잃고 속도가 제로(0)가 되는 지점을 브레그 피크라 한다. 따라서, 환자의 종양의 위치에 양성자가 집적되는 것을 환자 하단에 위치한 그래프 상의 투여량(dose delivered)(50)을 통해 확인할 수 있다.Here, the position (40) of the tumor where the proton or ions are integrated is the same as the point at which the breg peak is formed. Here, when a charged particle in a high energy state passes through a material, a point at which the energy is lost by the opposite charge in the material and the velocity becomes zero (0) is referred to as a brad peak. Thus, the accumulation of proton at the location of the patient's tumor can be ascertained through dose delivered (50) at the bottom of the patient.

이와 같이, 환자의 종양의 위치는 엑스선(x-ray) 이미지, 또는 자기 공명 영상(MRI) 등을 통해 위치를 확인한 후에 종양의 위치에 이온이 집적될 수 있도록 입자들의 에너지가 조절될 수 있다.Thus, the position of the patient's tumor can be controlled through the x-ray image, magnetic resonance imaging (MRI), etc., and the energy of the particles can be adjusted so that the ions can be accumulated at the tumor site.

이와 같이, 본 발명에서는 박막의 양면에 양성자 밀도와 전자 밀도를 증가시켜, 전기장의 크기를 증가시키고, 전기장의 크기에 비례하는 에너지를 갖는 양성자(이온)를 획득할 수 있다.Thus, in the present invention, it is possible to increase the proton density and the electron density on both surfaces of the thin film, increase the size of the electric field, and obtain proton (ions) having energy proportional to the magnitude of the electric field.

본 발명은 일면에 고밀도 양성자층(또는 이온층(탄소 이온층))과 다른 일면에 고밀도 전자층이 형성된 레이저 이온 가속용 박막을 제안한다. 이를 통해, 고에너지(고밀도)를 갖는 양성자(이온)를 획득한다.The present invention proposes a laser ion acceleration thin film in which a high density proton layer (or ion layer (carbon ion layer)) is formed on one surface and a high density electron layer is formed on the other surface. Through this, a proton (ion) having high energy (high density) is obtained.

본 발명의 고밀도 양성자층과 고밀도 이온층 각각은 암치료용에 사용되는 양성자와 탄소원자 외에도 주기율표 상에 존재하는 모든 다른 원자들 중 하나를 이용하여 특정 원자의 밀도가 높게 형성된 레이저 이온 가속용 박막을 형성할 수 있다. 즉, 레이저 이온 가속용 박막의 생성은 모든 원자를 이용하여 형성할 수 있다.Each of the high density proton layer and the high density ion layer of the present invention forms a laser ion acceleration thin film having a high specific atom density by using one of the proton and carbon atoms and all other atoms existing on the periodic table can do. That is, the formation of the thin film for laser ion acceleration can be performed using all the atoms.

이러한, 레이저 이온 가속용 박막은 펨토초 레이저빔에 의해 유도되는 양성자(이온)를 사용하면, 인체의 종양 세포를 괴사시킬 수 있다. 그러므로, 레이저 이온 가속용 박막은 인체의 암과 같은 종양 세포의 괴사를 위한 치료 장치에 활용될 수 있다.Such a laser ion acceleration thin film can necrotize tumor cells of the human body by using a proton (ion) induced by a femtosecond laser beam. Therefore, the thin film for laser ion acceleration can be utilized in a therapeutic apparatus for necrosis of tumor cells such as cancer of the human body.

이러한 치료 장치는 인체의 깊은 부분에 이온을 주입하기 위해 고에너지 상태의 양성자를 가져야하고, 대부분의 양성자들이 동일한 에너지를 가져야 한다. 약 250메가볼트(MeV)의 에너지를 갖는 양성자는 인체의 약 20센치미터(cm) 두께를 투과한다.These treatment devices must have high-energy protons to inject ions into the deep part of the human body, and most of the protons must have the same energy. A proton with an energy of about 250 megabits (MeV) penetrates about 20 centimeters (cm) of the human body.

따라서, 안구암과 같은 치료에는 약 70MeV의 고에너지를 필요로 하고, 인체의 깊은 곳에 위치한 암치료는 200MeV 이상의 고에너지를 필요로 한다.Therefore, a treatment such as an eye cancer requires a high energy of about 70 MeV, and a cancer treatment deep in the human body requires a high energy of 200 MeV or more.

이를 위해, 치료 장치는 고에너지의 레이저빔을 레이저 타겟(이온 가속용 박막)에 조사하면, 폰데르모티브(pondermotive) 힘에 의해 전자들이 레이저빔의 진행 방향으로 밀려나고, 타겟 내부의 양성자들은 약 1012볼트센치미터(V/cm) 이상의 전기장에서 타겟으로부터 탈출한다. 이와 같이, 치료 장치는 이온 가속용 박막을 통해 탈출된 양성자(또는 이온)을 이용한 치료가 가능하다.To this end, when the treatment apparatus irradiates a laser beam of high energy onto a laser target (thin film for ion acceleration), electrons are pushed toward the proceeding direction of the laser beam by a ponderomotive force, Escape from the target in an electric field of 10 12 volts / centimeter (V / cm) or more. As described above, the treatment apparatus is capable of treatment using protons (or ions) escaped through the ion acceleration thin film.

한편, 레이저 이온 가속용 박막을 이용한 레이저 이온 가속 방식은 광학적 겐트리(optical gentry) 방식에 해당하기 때문에 싱크로트론 가속 장치에 비해 매우 작은 크기를 갖는 겐트리를 제조할 수 있다. 또한, 방사선을 차폐하기 위한 차폐 영역이 축소됨에 따라 저비용을 갖는 암치료기의 구현이 가능하다.On the other hand, since the laser ion acceleration method using the laser ion accelerating thin film corresponds to the optical gentry method, a gantry having a very small size can be manufactured compared with the synchrotron acceleration device. Further, as the shielding region for shielding radiation is reduced, it is possible to realize a cancer treatment apparatus having a low cost.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the claims of the following.

100: 박막 200: 레이저 이온 가속용 박막
210: 양성자층 220: 전자층
230; 중성층 310: 양성자 주입기
320: 전자 주입기 330: 박막 홀더
340: 제어기 400: 치료 장치
410: 레이저100: thin film 200: thin film for laser ion acceleration
210: proton layer 220: electronic layer
230; Neutral layer 310: Proton injector
320: electron injector 330: thin film holder
340: Controller 400: Therapeutic device
410: laser

Claims (18)

양성자의 밀도가 상대적으로 높게 형성된 양성자층;
전자 밀도가 상대적으로 높게 형성된 전자층; 및
상기 양성자층과 상기 전자층 사이에 위치하고, 전기적으로 중성인 중성층을 포함하는 레이저 이온 가속용 박막.A proton layer in which the density of protons is relatively high;
An electron layer having a relatively high electron density; And
And a neutral layer positioned between the proton layer and the electron layer and electrically neutral. 제 1 항에 있어서,
상기 양성자층은 고밀도의 양성자를 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 이온 가속용 박막.The method according to claim 1,
Wherein the proton layer comprises a high density proton and has a Bragg peak characteristic. 제 1 항에 있어서,
상기 전자층은 고밀도의 전자들을 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 이온 가속용 박막.The method according to claim 1,
Wherein the electron layer includes high density electrons and has a Bragg peak characteristic. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 이온 가속용 박막은 상기 양성자층에 펨토초 고출력 레이저가 입사될 때, 고에너지를 갖는 양성자를 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 이온 가속용 박막.The method according to claim 1,
Wherein the laser ion acceleration thin film generates a proton having high energy when a femtosecond high power laser is incident on the proton layer. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 이온 가속용 박막은 약 1 마이크로미터 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 이온 가속용 박막.The method according to claim 1,
Wherein the laser ion acceleration thin film has a thickness of about 1 micrometer or less. 제 1 항에 있어서,
상기 양성자층과 상기 전자층은 주기율표 상의 원소들 중 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 이온 가속용 박막.The method according to claim 1,
Wherein the proton layer and the electron layer are formed using one of the elements on the periodic table. 박막을 고정하는 박막 홀더;
상기 박막의 일측면에 위치하고, 상기 박막의 일면에 양성자를 주입하는 양성자 주입기; 및
상기 박막의 다른 측면에 위치하고, 상기 박막의 다른 일면에 전자를 주입하는 전자 주입기를 포함하는 레이저 이온 가속용 박막의 제조 장치.A thin film holder for fixing the thin film;
A proton injector located on one side of the thin film and injecting a proton into one side of the thin film; And
And an electron injector located on the other side of the thin film and injecting electrons to the other side of the thin film. 제 7 항에 있어서,
제어 신호 입력에 의해 상기 양성자 주입기의 양성자 주입 밀도와 상기 전자 주입기의 전자 주입 밀도를 조절하는 제어부를 더 포함하는 제조 장치.8. The method of claim 7,
Further comprising a control unit for controlling a proton implantation density of the proton implanter and an electron injection density of the electron injector by a control signal input. 제 7 항에 있어서,
상기 양성자 주입기는 상기 양성자의 주입을 통해 상기 박막의 일측면에 고밀도의 양성자층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 제조 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the proton injector forms a high-density proton layer on one side of the thin film through the implantation of the proton. 제 9 항에 있어서,
상기 양성자층은 브레그 피크 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 제조 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the proton layer has a Bragg peak characteristic. 제 7 항에 있어서,
상기 전자 주입기는 상기 전자의 주입을 통해 상기 박막의 일측면에 고밀도의 전자층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 제조 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the electron injector forms a high-density electron layer on one side of the thin film through injection of the electrons. 제 11 항에 있어서,
상기 전자층은 브레그 피크 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 제조 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the electronic layer has a Bragg peak characteristic. 펨토초의 레이저빔을 생성하는 레이저; 및
상기 펨토초의 레이저빔의 입사에 의해 고에너지를 갖는 양성자를 생성하는 레이저 이온 가속용 박막을 포함하고,
상기 레이저 이온 가속용 박막은
양성자의 밀도가 상대적으로 높게 형성된 양성자층;
전자 밀도가 상대적으로 높게 형성된 전자층; 및
상기 양성자층과 상기 전자층 사이에 위치하고, 전기적으로 중성인 중성층을 포함하는 레이저 이온 가속용 박막을 이용한 치료 장치.A laser for generating a femtosecond laser beam; And
And a laser ion acceleration thin film for generating a proton having high energy by the incidence of the femtosecond laser beam,
The laser ion acceleration thin film
A proton layer in which the density of protons is relatively high;
An electron layer having a relatively high electron density; And
And a neutral layer electrically neutralized between the proton layer and the electron layer. 제 13 항에 있어서,
상기 펨토초의 레이저빔을 상기 레이저 이온 가속용 박막의 초점 거리로 포커싱하는 포커싱 유닛을 더 포함하는 치료 장치.14. The method of claim 13,
Further comprising a focusing unit for focusing the femtosecond laser beam to a focal distance of the laser ion acceleration thin film. 제 13 항에 있어서,
상기 전자층은 고밀도의 전자들을 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 치료 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the electron layer comprises high density electrons and has a Bragg peak characteristic. 제 13 항에 있어서,
상기 양성자층은 고밀도의 양성자를 포함하고, 브레그 피크(Bragg peak) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 치료 장치.14. The method of claim 13,
Wherein said proton layer comprises a high density of proton and has a Bragg peak characteristic. 제 13 항에 있어서,
상기 레이저 이온 가속용 박막은 약 1 마이크로미터 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 치료 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the laser ion acceleration thin film has a thickness of about 1 micrometer or less. 제 13 항에 있어서,
상기 치료 장치는 상기 고밀도와 고에너지를 갖는 양성자를 종양의 위치에 집적시켜 상기 종양을 제거하는 것을 특징으로 하는 치료 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the treatment device collects the proton having the high density and the high energy at the position of the tumor to remove the tumor.
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