KR20190107007A - 입자가속시스템 및 입자가속시스템의 조정방법 - Google Patents

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Abstract

이온의 종류에 따라, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치가 조정된다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로(P)가 적절히 조정된다. 따라서, 전자를 이온원(10) 내에 가둘 수 있도록 적절히 조정된 자장의 강도를 변경하는 일 없이, 원하는 에너지로 이온원(10) 내로부터 인출된 이온을, 수송부(30)에 있어서의 소정의 도달목표점(T)을 경유하여 수송하여, 가속기(20)에 도달시킬 수 있다. 따라서, 이온의 종류에 관계없이, 이온을 생성할 수 있음과 함께 이온을 가속기(20)에 수송할 수 있다.

Description

입자가속시스템 및 입자가속시스템의 조정방법
본 발명의 일 형태는, 입자가속시스템 및 입자가속시스템의 조정방법에 관한 것이다.
종래, 입자가속시스템으로서, 이온을 생성하는 이온원과, 이온을 가속시키는 가속기와, 이온원으로부터 가속기에 이온을 수송하는 수송부를 구비하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 입자가속시스템에서는, 이온원 내에 자장이 형성됨과 함께, 당해 이온원 내에 전자 및 기체분자가 도입된다. 이 때, 자장의 강도가 적절히 조정되어 있으면, 자장의 작용에 의하여 전자가 이온원 내에 갇힌다. 이온원 내에 갇힌 전자는 기체분자에 충돌하고, 그 결과, 이온원에 있어서 플라즈마상태의 이온이 생성된다.
그리고, 이온원에 마련된 인출전극에 인출전압이 인가되면, 인출전압에 대응한 에너지로 이온이 이온원 내로부터 인출된다. 인출된 이온은, 수송부에 의하여 수송된다. 이 때, 이온은, 수송부에 있어서의 소정의 도달목표점을 경유하여 수송되는 경우, 수송부에 의하여 적절히 안내되어 가속기에 도달할 수 있다. 이 때문에, 이온원과 수송부가 서로 장착되는 위치관계는, 이온원 내로부터 인출되어 수송되는 이온이 도달목표점을 경유하도록 설정되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2002-25797호
그런데, 이온원이 복수 종류의 이온을 생성 가능한 경우, 복수 종류의 이온의 각각이 동일한 도달목표점을 경유하여 수송되기 위해서는, 이온의 종류에 따라 자장의 강도가 변경될 필요가 있다. 그러나, 자장의 강도가 변경되어 버리면, 이온원에 있어서의 플라즈마상태에 영향을 주어, 이온을 생성할 수 없게 될 우려가 있다.
그래서, 본 발명의 일 형태는, 이온의 종류에 관계없이, 이온을 생성할 수 있음과 함께 이온을 가속기에 수송할 수 있는 입자가속시스템 및 입자가속시스템의 조정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 입자가속시스템은, 이온을 생성하는 이온원과, 이온을 가속시키는 가속기와, 이온원으로부터 가속기에 이온을 수송하는 수송부를 구비하며, 이온원은, 수송부에 대한 장착각도 및 장착위치를 조정 가능하다.
또, 본 발명의 일 형태에 관한 입자가속시스템의 조정방법은, 이온을 생성하는 이온원과, 이온을 가속시키는 가속기와, 이온원으로부터 가속기에 이온을 수송하는 수송부를 구비하는 입자가속시스템의 조정방법이며, 이온의 종류에 따라, 수송부에 대하여 이온원이 장착되는 장착각도 및 장착위치를 조정한다.
이 입자가속시스템 및 입자가속시스템의 조정방법에서는, 이온의 종류에 따라, 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치가 조정된다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로가 적절히 조정된다. 따라서, 전자를 이온원 내에 가둘 수 있도록 적절히 조정된 자장의 강도를 변경하는 일 없이, 원하는 에너지로 이온원 내로부터 인출된 이온을, 수송부에 있어서의 소정의 도달목표점을 경유하여 수송하여, 가속기에 도달시킬 수 있다. 따라서, 이온의 종류에 관계없이, 이온을 생성할 수 있음과 함께 이온을 가속기에 수송할 수 있다.
또, 본 발명의 일 형태에 관한 입자가속시스템은, 이온원을 지지하는 지지부를 구비하며, 지지부는, 이온원에 대하여 착탈 가능해도 된다. 이 경우, 지지부로서, 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 서로 다른 상태로 지지할 수 있는 복수의 부재가 준비된다. 그리고, 이온의 종류에 따라, 복수의 부재 중 어느 하나가 선택되고, 선택된 부재가 지지부로서 사용 가능하다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로가 적절히 조정된다. 따라서, 이온의 종류에 따라 지지부를 착탈하는 것만으로, 용이하게 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 조정할 수 있다.
또, 본 발명의 일 형태에 관한 입자가속시스템은, 이온원을 지지하는 지지부를 구비하며, 지지부는, 수송부에 대하여 이온원을 회동(回動)시킴으로써 장착각도를 조정 가능하고, 또한 수송부에 있어서의 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 이온원의 장착위치를 조정 가능해도 된다. 이 경우, 이온의 종류에 따라, 지지부에 의하여, 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 조정 가능하다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로가 적절히 조정된다. 따라서, 용이하게 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 이온의 종류에 관계없이, 이온을 생성할 수 있음과 함께 이온을 가속기에 수송할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 입자가속시스템을 나타내는 정면도이다.
도 2는, 도 1의 이온원의 내부구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 지지부의 변형예를 나타내는 도이다.
도 4는, 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 모식적으로 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당부분에는 동일부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 입자가속시스템을 나타내는 정면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 입자가속시스템(1A)은, 이온원(10), 가속기(20), 수송부(30) 및 지지부(40A)를 구비한다. 이하의 설명에 있어서는, 입자가속시스템(1A)을 수평면에 재치한 상태에 있어서의 장치의 상하방향을 Z축방향으로 하고, 후술하는 이온의 수송경로(P)를 포함하는 평면 내, 또한 Z축방향에 수직인 방향을 X축방향으로 하며, Z축방향 및 X축방향에 수직인 방향을 Y축방향으로 한다. 입자가속시스템(1A)은, 예를 들면 α입자, 양자, 중양자 등의 이온을 생성함과 함께 가속시키는 시스템이다. 입자가속시스템(1A)은, 가속시킨 이온을, 예를 들면 PET(Positron Emission Tomography), BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 등을 행하는 장치에 공급한다.
입자가속시스템(1A)에 있어서, 이온원(10)과 가속기(20)는, 수송부(30)에 의하여 접속되어 있다. 이온원(10), 가속기(20) 및 수송부(30)는, ZX평면 상에 배치되어 있다. 이온원(10)에 대하여 X축 정방향측에 수송부(30)가 배치되고, 수송부(30)의 Z축 정방향측에 가속기(20)가 배치되어 있다. 또, 이온원(10)의 하방(Z축 부방향)측에 지지부(40A)가 마련되어 있다. 입자가속시스템(1A)은, 대좌(S) 상에 재치되어 있다.
이온원(10)은, 기체분자로부터 플라즈마상태의 이온을 생성하는 장치이다. 이온원(10)은, 복수 종류의 이온을 생성 가능하다. 이온원(10)은, 예를 들면 헬륨으로부터 α입자를 생성 가능하고, 또, 수소로부터 양자를 생성 가능하다. 다만, 이온원(10)은, 반드시 α입자 및 양자를 생성 가능하지 않아도 된다.
이온원(10)은, 가속기(20)의 외부에 마련된 외부이온원이다. 이온원(10)은, 대략 원통형상을 나타내고, 그 중심축선(L1)은 ZX평면 내에 위치하고 있다. 이온원(10)은, 연장방향에 있어서의 일단에 있어서, 중심축선(L1)에 대하여 비스듬하게 경사진 단면(10a)을 가지고 있다. 이온원(10)은, 단면(10a)이 대략 수직이 되도록 배치되어 있다. 단면(10a)은, 수송부(30)의 아인젤 렌즈(31)의 하우징(31b)(자세하게는 후술함)의 X축 부방향측의 외면에 대향하고 있다. 이온원(10)은, ZX평면 내에 있어서, 단면(10a)측인 일단측이 타단측보다 Z축방향에 있어서 높은 위치가 되도록, 중심축선(L1)이 기울어져 배치되어 있다. 이온원(10)은, 진공상자(11), 기체분자유로(12), 전극(13), 전자석(14) 및 인출전극(15)을 가진다.
도 2는, 도 1의 이온원의 내부구조를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 진공상자(11)는, 그 내부에, 이온을 가두기 위한 공간이 형성되어 있다. 진공상자(11)는, 이온원(10)의 내부에 배치되어 있다. 진공상자(11)는, 도시하지 않은 진공펌프와 접속되어 있어, 그 내부를 진공상태로 유지할 수 있다. 진공상자(11)는, 기체분자유로(12)를 통하여, 내부에 기체분자를 도입한다. 예를 들면, 이온으로서 α입자가 생성되는 경우에는, 기체분자로서 헬륨이 이용된다. 다만, α입자 이외의 이온이 생성되는 경우에는, 그 이온에 대응한 기체분자가 이용된다.
전자석(14)은, 진공상자(11) 내에 자장을 형성하기 위한 것이다. 전자석(14)은, Y축방향에 있어서의 진공상자(11)의 양측에 쌍을 이루어 마련되어 있다. 이로써, 전자석(14)은, 진공상자(11) 내에, Y축방향을 대략 따른 방향의 자장을 형성한다. 전자석(14)은, 진공상자(11) 내에 형성하는 자장의 강도를 적절히 조정함으로써, 자장의 작용에 의하여 진공상자(11) 내에 전자를 가둔다.
전극(13)은, 예를 들면 열전자방출에 의하여 진공상자(11) 내에 전자를 공급한다. 전극(13)은, 서포트(16)에 의하여 진공상자(11)에 대하여 지지되어 진공상자(11) 내에 마련되어 있으며, 일례로서, Y축방향에서 보았을 때에 있어서의 진공상자(11)의 중앙 부근에 마련되어 있다. 전극(13)은, 원통형의 애노드전극(13a)과, 중심축선(L1)과 교차하는 방향으로 애노드전극(13a)을 사이에 두도록 마련된 한 쌍의 캐소드전극(13b, 13b)을 포함한다. 캐소드전극(13b)은, 냉각배관(17)에 접속되며, 냉각배관(17)에 의하여 진공상자(11)에 대하여 지지됨과 함께 냉각배관(17) 내를 유통하는 냉매에 의하여 냉각된다. 냉각배관(17)과 진공상자(11)의 접점에는 진공씰(18)이 배치되어 있다. 다만, 애노드전극(13a)의 원통축방향은, 이온원(10)의 중심축선(L1)을 따른 방향으로 해도 된다.
전극(13)에 있어서는, 일방의 캐소드전극(13b)으로부터 전자(e-)가 방출되어, 한 쌍의 캐소드전극(13b, 13b) 간에서 전자가 왕복한다. 이 때, 전자석(14)에 의하여, 애노드전극(13a)의 원통축방향으로 자장이 생성되면, 전자는, 나선운동을 하면서, 애노드전극(13a)에 충돌하는 일 없이 애노드전극(13a) 내에 갇힌다. 애노드전극(13a) 내에 있어서 한 쌍의 캐소드전극(13b, 13b) 간을 왕복하는 전자가, 기체분자유로(12)에 의하여 도입된 헬륨 등의 기체분자와 충돌함으로써,α 입자 등의 이온이 생성된다.
인출전극(15)은, 인출전압이 인가됨으로써, 진공상자(11) 내로부터 이온을 인출한다. 인출전극(15)은, 인가되는 인출전압에 대응한 에너지로, 진공상자(11) 내로부터 이온을 인출한다. 인출전극(15)은, 애노드전극(13a)의 근방에 마련되어 있다. 진공상자(11) 내로부터 인출된 이온은, 이온원(10)의 단면(10a)에 형성된 개구를 통과하여, 후술하는 수송부(30)측에 수송된다.
이와 같이 구성된 이온원(10)에서는, 진공펌프에 의하여 진공상태로 된 진공상자(11) 내에, 기체분자유로(12)를 통하여 기체분자가 도입된다. 또, 전극(13)에 의하여, 진공상자(11) 내에 전자가 공급된다. 이 때, 전자석(14)에 통전됨으로써 진공상자(11) 내에 자장이 형성되어 있고 또한 자장의 강도 및 방향이 적절히 조정되어 있으면, 자장의 작용에 의하여 진공상자(11) 내에 전자가 갇힌다. 진공상자(11) 내에 갇힌 전자가 기체분자에 충돌하면, 기체분자가 이온화하여, 이온이 플라즈마상태로 생성된다. 그리고, 인출전극(15)에 인출전압이 인가되면, 인출전압에 대응한 에너지로, 진공상자(11) 내로부터 이온이 인출된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 가속기(20)는, 이온원(10)에 의하여 생성된 이온을 가속하여, 하전입자선을 만들어내는 장치이다. 본 실시형태에 있어서는, 가속기(20)로서, 사이클로트론을 예시하고 있다. 다만, 가속기(20)는, 사이클로트론에 한정되지 않고, 싱크로트론, 싱크로사이클로트론, 라이낙 등이어도 된다.
가속기(20)는, 대략 원통형상을 나타내며, 그 중심축선(L2)이 Z축방향으로 뻗어 있는 방향으로 배치되어 있다. 가속기(20)는, 이온원(10)보다, Z축방향에 있어서 높은 위치에 배치되어 있다. 가속기(20)는, 가속되어야 할 이온이 가속기(20)의 소정 위치에 입사되면, 그 이온을 가속한다. 이 가속기(20)에서는, 가속되어야 할 이온은, 가속기(20)의 하면(Z축 부방향의 면)측의 중심부에 개구한 입사부(20a)에 입사된다. 다만, 가속기(20)의 중심축선(L2)은, Z축방향으로 뻗어 있지 않아도 되며, 예를 들면, 도면 중에 나타내는 입자가속시스템(1A) 전체가 Y축을 중심으로 하여 90° 회전한 상태로 되어, 중심축선(L2)이 X축방향으로 뻗어 있어도 된다. 또, 도면 중에 나타내는 입자가속시스템(1A) 전체가 X축을 중심으로 하여 90° 회전한 상태로 되어, 중심축선(L2)이 Y축방향으로 뻗어 있어도 된다. 이 경우, 이온원(10)의 중심축선(L1)은 XY평면 내에 위치하게 된다.
수송부(30)는, 이온원(10)에 의하여 생성된 이온을, 이온원(10)으로부터 가속기(20)에 수송한다. 수송부(30)는, 아인젤 렌즈(31), 편향전자석(32) 및 벨로우즈(33)를 가진다.
아인젤 렌즈(31)는, 수송되는 이온을 수렴시키기 위한 것이다. 아인젤 렌즈(31)는, 렌즈부(31a)와, 렌즈부(31a)를 수용하는 상자형의 하우징(31b)을 포함한다. 렌즈부(31a)는, 정부의 전위가 교대로 부여된 3매의 전극에 의하여 구성되며, 이들 전극에 의하여 형성되는 전장에 의하여, 통과하는 이온을 수렴시킨다. 하우징(31b)의 이온원(10)측(X축 부방향측)의 외면은, 이온원(10)의 단면(10a)에 대향하고 있으며, 단면(10a)과의 사이가 가요성을 갖는 벨로우즈(33)에 의하여 접속되어 있다. 또, 하우징(31b)의 이온원(10)측과는 반대측(X축 정방향측)의 외면은, 편향전자석(32)에 직접 접속되어 있다.
편향전자석(32)은, 자장을 생성하고, 당해 자장에 의하여, 아인젤 렌즈(31)를 통과한 이온의 수송방향을 ZX평면 내에 있어서 휘게 하는 것이다. 구체적으로, 편향전자석(32)은, 아인젤 렌즈(31)를 통과하여 X축 정방향으로 수송되고 있는 이온의 수송방향을, Z축정방향으로 휘게 한다. 이로써, 편향전자석(32)은, 이온을 가속기(20)의 입사부(20a)에 안내한다.
수송부(30)에 있어서, 예를 들면 벨로우즈(33) 및 아인젤 렌즈(31)의 내부에는, 진공상자(11)로부터 누출된 자장인 누출자장이 형성되어 있다. 이 때문에, 수송부(30)에 의하여 수송되는 이온의 실제 수송경로(P)는, 누출자장의 작용에 의하여 커브하고 있다. 구체적으로는, 이온의 수송경로(P)는, X축 정방향과 Z축 정방향의 합성방향인 기울기 상방향으로부터, 누출자장의 작용에 의하여, X축 정방향을 향하여 서서히 커브하고 있다. 다만, 이 누출자장의 작용의 세기는, 이온의 종류 및 에너지에 따라 다르다. 따라서, 원하는 에너지로 이온을 이온원(10) 내로부터 인출하는 경우, 이온의 수송경로(P)는, 이온의 종류에 따라 다른 궤적으로 커브한다.
수송부(30)에 있어서, 아인젤 렌즈(31)의 하우징(31b)과 편향전자석(32)의 경계에 있어서의 YZ평면 내의 소정 영역에는, 이온의 도달목표점(T)이 설정되어 있다. 도달목표점(T)이란, 수송부(30)에 있어서, 이 도달목표점(T)을 경유하여 이온이 수송되는 경우, 당해 이온이 적절히 안내되어 가속기(20)의 입사부(20a)에 도달할 수 있는 영역이다. 다만, 본 실시형태에서는, 도달목표점(T)은, 아인젤 렌즈(31)의 하우징(31b)과 편향전자석(32)의 경계에 설정되어 있지만, 수송부(30)(특히, 편향전자석(32))의 구성에 따라, 다른 위치에 설정되어 있어도 된다.
지지부(40A)는, 이온원(10)을 지지하는 기구이다. 지지부(40A)는, 이온원(10)에 대하여 착탈 가능한 복수의 가대(架臺)이다. 지지부(40A)를 구성하는 복수의 가대의 각각은, 수송부(30)에 대하여 이온원(10)이 서로 다른 장착각도 및 장착위치가 되도록, 이온원(10)을 지지한다. 즉, 지지부(40A)는, 이들 착탈 가능한 복수의 가대를 교환함으로써, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 조정 가능하다. 지지부(40A)는, 이온원(10)과 접속되는 측과는 반대측에 있어서, 대좌(S)에 지지되어 있다.
여기서, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도는, 이온원(10)이 수송부(30)에 장착된 상태(즉, 지지부(40A)에 의하여 지지된 이온원(10)이, 벨로우즈(33)를 통하여 아인젤 렌즈(31)의 하우징(31b)에 장착된 상태)에 있어서, Z축방향과 이온원(10)의 중심축선(L1)이 이루는 각도(Z축방향에 대한 중심축선(L1)의 경사각)로 하고 있다. 다만, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도는, 이온원(10)이 수송부(30)에 장착된 상태에 있어서, 도달목표점(T)에 있어서의 이온의 수송방향과 이온원(10)의 중심축선(L1)이 이루는 각도로 해도 되고, 또 이온원(10)에 마련된 한 쌍의 전자석(14)이 대향하는 방향에 수직인 소정의 일방향과 이온원(10)의 중심축선(L1)이 이루는 각도로 해도 된다.
수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착위치는, 이온원(10)이 수송부(30)에 장착된 상태에 있어서, 수송부(30)에 있어서의 어느 한 점을 기준으로 한, 이온원(10)에 있어서의 어느 한 점의 ZX평면 내에 있어서의 위치이다. 구체적으로, 수송부(30)에 있어서의 어느 한 점이란, 예를 들면 도달목표점(T)에 설정되어 있어도 되고, 아인젤 렌즈(31)의 하우징(31b)과 벨로우즈(33)의 접속부의 중앙부에 설정되어 있어도 되며, 수송부(30)의 무게중심에 설정되어 있어도 된다. 또, 이온원(10)에 있어서의 어느 한 점이란, 예를 들면 한 쌍의 전자석(14)이 대향하는 방향에서 본 당해 한 쌍의 전자석(14)의 중앙부에 설정되어 있어도 되고, 이온원(10)의 단면(10a)의 중앙부에 설정되어 있어도 되며, 이온원(10)의 무게중심에 설정되어 있어도 된다.
지지부(40A)를 구성하는 복수의 가대 각각은, 예를 들면 기둥상을 나타내며, 대략 연직방향(Z축방향)으로 뻗어 있다. 복수의 가대 각각은, 지지부(40A)로서 사용될 때에는, 그 상단측에 있어서 이온원(10)에 접속되고, 그 하단측에 있어서 대좌(S)에 접속된다. 복수의 가대 각각은, 그 상단측에 이온원(10)을 재치하여 고정하기 위한 지지면(40a)이 형성되어 있다. 지지면(40a)은, Z축방향에 대하여 경사져 형성되어 있고, 그 경사각에 따라 이온원(10)의 장착각도가 결정된다. 복수의 가대 각각은, 지지면(40a)의 경사각이 서로 다르다. 이 때문에, 지지부(40A)로서 선택되는 가대에 따라, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도가 달라진다. 다만, 지지부(40A)는, 복수의 가대마다 지지면(40a)의 경사각이 다른 것에 의하여 장착각도를 바꾸는 구성에 한정되지 않는다.
또, 복수의 가대 각각은, 연장방향에 있어서의 길이가 서로 다르다. 이 때문에, 지지부(40A)로서 선택되는 가대에 따라, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착위치가 달라진다. 다만, 지지부(40A)는, 복수의 가대마다 연장방향에 있어서의 길이가 서로 다른 것에 의하여 장착위치를 바꾸는 구성에 한정되지 않는다.
다만, 지지부(40A)는, 이온원(10)을 지지할 수 있으면 가대에 한정되지 않는다. 여기서, 도 3은 지지부(40A)의 변형예를 나타내는 도이다. 예를 들면, 지지부(40A)는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 볼나사기구여도 된다. 여기에서는, 지지부(40A)는, 예를 들면 X축방향으로 이동 가능한 가동스테이지(41) 상에 배치되어 있다. 혹은, 지지부(40A)는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같은 링크기구 또는 벨로우즈 등이어도 된다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 입자가속시스템(1A)의 동작 및 입자가속시스템(1A)의 조정방법에 대하여 설명한다.
일례로서 헬륨으로부터 α입자를 생성하는 경우에 대하여 설명한다. 도 4는, 수송부에 대한 이온원의 장착각도 및 장착위치를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 1 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 먼저, 지지부(40A)가 착탈되어 α입자용 가대로 교환되어, 이온원(10)이 α입자용 가대에 의하여 지지된 상태가 된다(도 4 중 상태 A 참조). 이와 같이, 지지부(40A)가 α입자용 가대로 되어 있는 경우에 있어서, 수송부(30)에서 수송되는 이온이 α입자일 때에는, 이온의 수송경로(P)는 도달목표점(T)을 경유하여 수송된다.
구체적으로, 상태 A에서는, 이온원(10)에 있어서 생성된 α입자는, 수송부(30)에 의하여 수송될 때, 누출자장의 작용에 의하여 ZX평면 내에서 커브한다. 보다 구체적으로는, α입자의 수송방향은, X축 정방향과 Z축 정방향의 합성방향인 기울기 상방향으로부터, 누출자장의 작용에 의하여, X축 정방향을 향하여 서서히 커브한다. 그 후, α입자는, 도달목표점(T)을 경유하여 수송된다. 그리고, α입자는, 편향전자석(32)에 의하여 X축 정방향으로부터 Z축 정방향으로 안내되고, 가속기(20)의 입사부(20a)에 입사하여 가속된다.
계속해서, 다른 일례로서 수소로부터 양자를 생성하는 경우에 대하여 설명한다. 먼저, 지지부(40A)가 착탈되어 양자용 가대로 교환되어, 이온원(10)이 양자용 가대에 의하여 지지된 상태가 된다(도 4 중 상태 B 참조). 상태 B에서는, 상태 A와 비교하여, 이온원(10)의 중심축선(L1)의 각도가 급구배가 된(Z축방향에 가까워진) 상태이며, 또한, 이온원(10)의 위치가 낮아진(Z축 부방향으로 이동한) 상태이다. 이와 같이, 지지부(40A)가 양자용 가대로 되어 있는 경우에 있어서, 수송부(30)에서 수송되는 이온이 양자일 때에는, 이온의 수송경로(P)는 도달목표점(T)을 경유하여 수송된다.
구체적으로, 상태 B에서는, 이온원(10)에 있어서 생성된 양자는, 수송부(30)에 의하여 수송될 때, 누출자장의 작용에 의하여 ZX평면 내에서 커브한다. 보다 구체적으로는, 양자의 수송방향은, X축 정방향과 Z축 정방향의 합성방향인 기울기 상방향으로부터, 누출자장의 작용에 의하여, X축 정방향을 향하여 서서히 커브한다. 그 후, 양자는, 도달목표점(T)을 경유하여 수송된다. 그리고, 양자는, 편향전자석(32)에 의하여 X축 정방향으로부터 Z축 정방향으로 안내되고, 가속기(20)의 입사부(20a)에 입사하여 가속된다. 양자의 수송경로(P)는, α입자의 수송경로(P)와 비교하여, 이온의 수송방향의 커브의 곡률이 커져 있다. 이 때문에, 만약, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를, α입자에 적합한 상태 A로 하고 있었다고 하면, 양자는, 도달목표점(T)보다 Z축 부방향측에서 수송되고, 그 결과, 가속기(20)의 입사부(20a)에 입사할 수 없다.
다만, 도 4 중 상태 C는, α입자, 양자 이외의 이온을 생성하는 경우에 있어서의, 이온원(10)의 수송부(30)에 대한 장착각도 및 장착위치와, 당해 이온의 수송경로(P)를 예시하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 입자가속시스템(1A) 및 입자가속시스템(1A)의 조정방법에 의하면, 이온의 종류에 따라, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치가 조정된다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로(P)가 적절히 조정된다. 따라서, 전자를 이온원(10) 내에 가둘 수 있도록 적절히 조정된 자장의 강도를 변경하는 일 없이, 원하는 에너지로 이온원(10) 내로부터 인출된 이온을, 수송부(30)에 있어서의 소정의 도달목표점(T)을 경유하여 수송하여, 가속기(20)에 도달시킬 수 있다. 따라서, 이온의 종류에 관계없이, 이온을 생성할 수 있음과 함께 이온을 가속기(20)에 수송할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 입자가속시스템(1A)은, 이온원(10)을 지지하는 지지부(40A)를 구비하며, 지지부(40A)는, 이온원(10)에 대하여 착탈 가능하다. 지지부(40A)로서, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 서로 다른 상태로 지지할 수 있는 복수의 부재가 준비된다. 이 때문에, 이온의 종류에 따라, 복수의 부재 중 어느 하나가 선택되고, 선택된 부재가 지지부(40A)로서 사용 가능하다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로(P)가 적절히 조정된다. 따라서, 이온의 종류에 따라 지지부(40A)를 착탈하는 것만으로, 용이하게 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 조정할 수 있다.
[제2 실시형태]
제2 실시형태에 관한 입자가속시스템(1B)은, 제1 실시형태에 관한 입자가속시스템(1A)과 비교하여, 지지부의 구성이 다르다. 이하, 제2 실시형태에 관한 지지부(40B)의 구성에 대하여 설명한다.
지지부(40B)는, 수송부(30)에 대하여 이온원(10)을 회동시킴으로써 장착각도를 조정 가능하고, 또한 수송부(30)에 있어서의 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 이온원(10)의 장착위치를 조정 가능한 가대이다. 지지부(40B)는, 이온원(10)을, 회동축선(L3) 둘레로 회동 가능하게 지지한다. 회동축선(L3)은, Y축방향으로 설정되어 있다. 지지부(40B)는, 예를 들면 기둥상을 나타내며, 대략 연직방향(Z축방향)으로 뻗어 있다. 가대는, 그 상단측에 있어서 이온원(10)에 접속되고, 그 하단측에 있어서 대좌(S)에 접속되어 있다. 가대는, 그 상단측에 있어서 도시하지 않은 지지축을 갖고, 이온원(10)은, 그 지지축에 대하여 회동 가능하게 접속되어 있다. 즉, 회동축선(L3)은, 지지축의 중심과 일치하고 있다. 이온원(10)은, 지지축 둘레로 회동함으로써, 수송부(30)에 대한 장착각도가 변화한다. 다만, 지지부(40B)는, 가대의 하단측에 있어서 지지축(즉, 회동축선)을 갖고, 그 지지축에 대하여 대좌(S)가 접속되어 있어도 된다. 혹은, 지지부(40B)는, 그 상단측 및 하단측의 양쪽 모두에 지지축을 갖고, 각각 이온원(10) 및 대좌(S)와 회동 가능하게 접속되어 있어도 된다.
또, 가대는, 연장방향으로 신축(伸縮)하는 신축기구를 갖는다. 가대는, 중공(中空)의 기둥상부재가 이중으로 겹침으로써 신축 가능하게 되며, 볼트에 의하여 원하는 길이로 고정할 수 있는 구성으로 된다. 다만, 가대의 신축기구는, 상기 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면 유압실린더, 전동실린더, 볼나사, 리니어가이드, 벨트기구, 링크기구 등에 의하여 신축하는 구성이어도 된다. 또, 지지부(40B)가 신축하는 방향은, 가대의 연장방향에 한정되지 않는다.
지지부(40B)에 의하여, 수송부(30)에 대하여 이온원(10)을 회동시킴으로써 장착각도를 조정하면, 이온원(10)에 의하여 생성된 이온의 수송부(30)에 있어서의 수송방향은, 이온원(10)의 장착각도의 변화에 추종하여 ZX평면 내에 있어서 변화한다. 또, 지지부(40B)에 의하여, 수송부(30)에 있어서의 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 이온원(10)의 장착위치를 조정하면, 이온원(10)에 의하여 생성된 이온의 수송부(30)에 있어서의 수송방향은, 이온원(10)의 장착위치의 변화에 추종하여 ZX평면 내에 있어서 변화한다.
이와 같이 구성된 지지부(40B)에서는, 이온의 종류에 따라, 수송부(30)에 대하여 이온원(10)을 회동시킴으로써 장착각도를 조정함과 함께, 수송부(30)에 있어서의 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 이온원(10)의 장착위치를 조정한다. 이로써, 수송부(30)에 있어서, 이온을, 도달목표점(T)을 경유하는 수송경로(P)로 수송할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 입자가속시스템(1B)에 의하면, 이온원(10)을 지지하는 지지부(40B)를 구비하며, 지지부(40B)는, 수송부(30)에 대하여 이온원(10)을 회동시킴으로써 장착각도를 조정 가능하고, 또한 수송부(30)에 있어서의 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 이온원(10)의 장착위치를 조정 가능하다. 이 때문에, 이온의 종류에 따라, 지지부(40B)에 의하여, 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 조정 가능하다. 이로써, 이온의 종류에 따라 이온의 수송경로(P)가 적절히 조정된다. 따라서, 용이하게 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 조정할 수 있다.
이상, 본 발명을 이 실시형태에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는, 이온원(10)은, 입자가속시스템(1A, 1B)의 X축방향에 있어서의 일방측에만 마련되어 있다. 그러나, 이온원(10)은, 입자가속시스템(1A, 1B)의 X축방향에 있어서의 타방측에도 마련되어 있어도 된다.
또, 상기 제 2 실시형태에 있어서는, 지지부(40B)는, 예를 들면 모터 등의 구동기구에 의하여, 회동 및 이동을 행하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 한층 용이하게 수송부(30)에 대한 이온원(10)의 장착각도 및 장착위치를 조정할 수 있다.
1A, 1B 입자가속시스템
10 이온원
20 가속기
30 수송부
40A, 40B 지지부

Claims (4)

  1. 이온을 생성하는 이온원과,
    상기 이온을 가속시키는 가속기와,
    상기 이온원으로부터 상기 가속기에 상기 이온을 수송하는 수송부를 구비하며,
    상기 이온원은, 상기 수송부에 대한 장착각도 및 장착위치를 조정 가능한 입자가속시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온원을 지지하는 지지부를 구비하며,
    상기 지지부는, 상기 이온원에 대하여 착탈 가능한 입자가속시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온원을 지지하는 지지부를 구비하며,
    상기 지지부는, 상기 수송부에 대하여 상기 이온원을 회동시킴으로써 상기 장착각도를 조정 가능하고, 또한 상기 수송부에 있어서의 상기 이온의 수송방향에 교차하는 방향으로 상기 이온원의 상기 장착위치를 조정 가능한 입자가속시스템.
  4. 이온을 생성하는 이온원과, 상기 이온을 가속시키는 가속기와, 상기 이온원으로부터 상기 가속기에 상기 이온을 수송하는 수송부를 구비하는 입자가속시스템의 조정방법으로서,
    상기 이온의 종류에 따라, 상기 수송부에 대하여 상기 이온원이 장착되는 장착각도 및 장착위치를 조정하는 입자가속시스템의 조정방법.
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