WO2021192348A1

WO2021192348A1 - 加速器および粒子線治療装置

Info

Publication number: WO2021192348A1
Application number: PCT/JP2020/031754
Authority: WO
Inventors: 裕人中島; 孝道青木
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20230058735A1; JP2021153030A

Abstract

本発明の目的は、加速器に供給されるイオンの消失を防ぐことである。偏心軌道型加速器１は、レーザ源１２と、レーザ源１２から発せられたレーザ光が照射されることで、イオンを発するターゲット２０とを備えている。偏心軌道型加速器１は、円柱状空間を内部に形成する容器１０と、イオンを円柱状空間の周方向に加速する加速電極構造と、円柱状空間の軸方向に磁場を発生させるメインコイル３８とを備えており、ターゲット２０から発せられたイオンを加速する。ターゲット２０は、円柱状空間の中心軸から離れた位置に配置されている。

Description

加速器および粒子線治療装置

　本発明は、加速器および粒子線治療装置に関し、特に、加速器にイオンを供給する技術に関する。

　粒子線を患部に照射する粒子線治療が広く行われている。一般に、粒子線治療では加速器を備える粒子線治療装置が用いられる。加速器には、炭素イオンやヘリウムイオン、陽子等のイオンが注入され、治療に必要なエネルギーを有するようになるまでイオンが加速される。加速器によって加速されたイオンによる荷電粒子ビームは、粒子線治療装置から患部に向けて照射される。粒子線治療装置では、患部の位置や形状に合わせて荷電粒子ビームのエネルギーや空間的な広がりが調整される。

　加速器には、磁場に注入されたイオンを高周波電場によって加速し、容器内を周回運動させるサイクロトロンがある。サイクロトロンでは、イオンは加速と共に軌道半径を大きくしながら周回する。イオンのエネルギーは軌道半径が大きくなるにつれて大きくなり、最大のエネルギーに到達したところでイオンが取り出される。サイクロトロンでは、最大のエネルギーに到達したところでイオンが取り出されるため、荷電粒子ビームのエネルギーを制御することは困難である。

　加速器には、以下の特許文献１および非特許文献１に記載されているようなシンクロサイクロトロンもある。シンクロサイクロトロンでは、一定の周波数の高周波電場でイオンが加速されるサイクロトロンとは異なり、イオンの質量変化に起因する運動周期の変化に応じて高周波電場の周波数が変調される。この周波数変調によって、高周波電場が発生する領域をイオンが通過するときにイオンが加速する。シンクロサイクロトロンでは、サイクロトロンと同様の理由により、取り出される荷電粒子ビームのエネルギーを制御することは困難である。

　以下の特許文献２および３には、取り出されるイオンのエネルギーが制御可能な偏心軌道型加速器が記載されている。一般的なサイクロトロンでは、イオンを周回運動させる容器の上面の中心にイオン注入口が設けられ、容器の側面にイオン取り出し口が設けられている。

　これに対し偏心軌道型加速器では、容器上面の中心よりもビーム取り出し口側にずれた位置にイオン注入口が設けられている。これによって、異なるエネルギーのイオンが周回する複数のビーム周回軌道が、ビーム取り出し口側で密になる。そのため、ビーム取り出し口付近において、エネルギーの異なるイオンをビーム周回軌道から離脱させることが容易となり、エネルギーの異なる荷電粒子ビームが効率よく取得される。なお、非特許文献２には、加速器の外部からイオンを注入する技術が記載されている。

特表２０１３－５４１１７０号公報特開２０１９－９６４０４号公報国際公開第２０１６／０９２６２１号明細書

Ｗ．　Ｋｌｅｅｖｅｎ，　"Ｔｈｅ　ＩＢＡ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ＳｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎＰｒｏｊｅｃｔＳ２Ｃ２"，　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ　２０１３Ｐ．　Ｍａｎｄｒｉｌｌｏｎ，　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｉｎｔｏ　ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ，　ＣＡＳ，　ＣＥＲＮ　９６－０２，　（１９９６），　ｐ．　１５３．

　上述の偏心軌道型加速器を構成する容器には、上面から内部空間に至る筒状の貫通孔が形成されており、容器の上面における貫通孔の開口がイオン注入口となっている。容器にはコイルが設けられており、このコイルが容器内に磁場を発生してイオンを偏向させる。貫通孔にはコイルが発生した磁場が通過する。そのため、イオンが貫通孔に注入された場合、貫通孔を通過する磁場によってイオンが偏向し、イオンが貫通孔の内壁に衝突して消失してしまうことがある。

　本発明の目的は、偏心軌道型加速器に供給されるイオンの消失を防ぐことである。

　本発明は、レーザ源と、前記レーザ源から発せられたレーザ光が照射されることで、イオンを発するターゲットと、を備え、前記ターゲットから発せられたイオンを加速することを特徴とする。

　本発明によれば、加速器に供給されるイオンの消失を防ぐことができる。

偏心軌道型加速器の斜視図である。偏心軌道型加速器の下側の部分を上方から見た図である。偏心軌道型加速器の断面図である。ディー電極およびダミーディー電極の構造を模式的に示す図である。イオン発生器の斜視図である。イオン発生器の断面図である。イオン発生器が設けられる位置を示す図である。偏心軌道型加速器の下側の部分を上方から見た図である。偏心軌道型加速器の断面図である。粒子線治療装置を示す図である。

　各図面を参照して本発明の実施形態が説明される。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号が付され、説明が簡略化される。また、本明細書における「円柱」等の形状を表す用語は、幾何学的に厳密に定義された形状のみを示すものではない。本明細書における形状を表す用語は、構成要素の機能を確保できる範囲で変形が加えられた形状をも示す。

　図１には、偏心軌道型加速器１の斜視図が示されている。偏心軌道型加速器１は上下に分割可能な容器１０によってその外殻が形成されている。容器１０は、円柱状の空間（円柱状空間）を内部に形成している。本実施形態における容器１０の外面は円柱形状であるが、容器１０の外面が形成する形状は、必ずしも円柱形状でなくてもよい。

　容器１０の上側の部分である上側部および下側の部分である下側部は、それぞれ、円筒の上端および下端が塞がれた容器形状を有している。上側部および下側部は開口を向かい合わせて接合され、内部空間が真空引きされている。上側部および下側部のそれぞれは、後述のように、容器１０の内部空間に磁場を発生させる電磁石となっている。

　上側部の上面にはレーザ源１２が設けられている。レーザ源１２は、例えば炭酸ガスレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ等であってよい。上側部におけるレーザ源１２が設けられる位置には、容器１０の外側から内部空間に至るレーザ入射用貫通孔１４が設けられている。レーザ入射用貫通孔１４の直下の位置にあるイオン入射点１８には、ターゲット２０が配置されている。

　ターゲット２０は、レーザ光が照射されることでイオンを発生する物質によって形成されている。ターゲット２０は炭素を含む物質で形成されてよい。ターゲット２０は、例えば、炭素を蒸着した金属板によって形成されてよい。

　レーザ源１２はレーザ入射用貫通孔１４に向けてレーザ光１６を発生する。レーザ光１６は、レーザ入射用貫通孔１４を経由してターゲット２０に照射される。レーザ光１６のターゲット２０への集光強度が、ターゲット２０を構成する原子を電離させるのに十分な強度である場合、プラズマが発生する。後述のように、偏心軌道型加速器１にはターゲット２０を含むイオン発生器が備えられている。イオン発生器は、プラズマから電子とイオンとを分離することでイオン入射点１８にイオンを供給する。

　図２には、上下に分割された状態の偏心軌道型加速器１の下側の部分を上方から見た図が示されている。図３には、偏心軌道型加速器１を図２のＡＡ線で切断したときの断面図が示されている。図３に示されているように、容器１０は、円板状の天板部１０Ｕ、円板状の底板部１０Ｌ、上側の磁極６２Ｕ、下側の磁極６２Ｌおよびヨーク３６から構成されている。磁極６２Ｕは天板部１０Ｕから下方に突出した部分である。磁極６２Ｌは底板部１０Ｌから上方に突出した部分である。ヨーク３６は、底板部１０Ｌの周辺から天板部１０Ｕの周辺に及ぶ円環状の壁である。

　上側の磁極６２Ｕとヨーク３６との間、および下側の磁極６２Ｌとヨーク３６との間には、それぞれ円環状のメインコイル３８が配置されている。上下のメインコイル３８は容器１０の内部の円柱状空間の上端部および下端部を周回する。各メインコイル３８は超電導コイルである。各メインコイル３８の周囲にはクライオスタット６０が配置され、クライオスタット６０は各メインコイル３８を冷却する。上側のメインコイル３８と容器１０の上側部が上側の電磁石を構成し、下側のメインコイル３８と容器１０の下側部が下側の電磁石を構成する。

　上側の磁極６２Ｕと下側の磁極６２Ｌは対向し、磁極６２Ｕおよび６２Ｌに挟まれた領域は、イオンが周回運動しながら通過するイオン通過領域６１を含む。各メインコイル３８は、円柱状空間の軸方向に磁場を発生し、磁極６２Ｕ、６２Ｌおよびイオン通過領域６１を上下方向に通過する磁場を発生する。

　図２に示されているように、ヨーク３６には、加速された荷電粒子ビームを取り出すためのビーム用貫通口３０が設けられている。また、ヨーク３６には、容器１０内部の種々の導線を外部に引き出すための導線用貫通口２８、真空引き用貫通口４０、高周波加速空胴２２が配置される高周波系用貫通口５６が設けられている。

　偏心軌道型加速器１は、加速高周波電源２６、高周波加速空胴２２、ディー電極４８およびダミーディー電極５０を備えている。加速高周波電源２６は、高周波加速空胴２２に高周波電磁場を励振する。高周波加速空胴２２は、イオンを加速するための高周波電場をディー電極４８に発生させる。高周波加速空胴２２は、自らの共振周波数を変化させて高周波電場の周波数を変調するための可変コンデンサ２４と、可変コンデンサ２４の静電容量を変化させるモータ３４とを備えている。

　図４には、ディー電極４８およびダミーディー電極５０の構造が模式的に示されている。ディー電極４８およびダミーディー電極５０は、イオンを円柱状空間の周方向に加速する加速電極構造を構成する。ディー電極４８は、末広がり形状（扇形に近似した形状）の空胴上壁４８Ａおよび空胴下壁４８Ｂを対向させ、空胴上壁４８Ａの外周と空胴下壁４８Ｂの外周との間が空胴側壁４８Ｃによって接続された構造を有している。ただし、空胴側壁４８Ｃの中央部には開口が設けられており、この開口に、空胴上壁４８Ａおよび空胴下壁４８Ｂから離れる方向に伸びる筒状の高周波加速空胴２２が形成されている。

　空胴上壁４８Ａ、空胴下壁４８Ｂおよび空胴側壁４８Ｃは、ディー電極４８を構成する。ダミーディー電極５０は、空胴上壁４８Ａ、空胴下壁４８Ｂおよび空胴側壁４８Ｃによって形成されるディー電極開口４８Ｅと対向する領域を囲む環状の導体によって形成されている。すなわち、ダミーディー電極５０は、ディー電極開口４８Ｅの縁に対向する環状の導体を有している。空胴上壁４８Ａ、空胴下壁４８Ｂおよび空胴側壁４８Ｃと、ダミーディー電極５０との間には、加速ギャップ５２が形成されている。

　このように、ディー電極４８は、空胴上壁４８Ａ、空胴下壁４８Ｂおよび空胴側壁４８Ｃに囲まれる末広がり空胴空間を形成する。ディー電極４８は、末広がり空胴空間が広がる元の側から見て異なる２方向に広がるディー電極開口４８Ｅを有する。イオン入射点１８は、ダミーディー電極５０の折れ曲がった部位と、ディー電極開口４８Ｅとの間にある。イオン発生器６４は、ダミーディー電極５０の折れ曲がった部位とディー電極４８との間に位置し、内部のターゲットにレーザ光が照射されることでイオン入射点１８にイオンを供給する。

　モータ３４の回転によって可変コンデンサ２４の静電容量が変化し、高周波加速空胴２２の共振周波数が変化する（図２）。高周波加速空胴２２の共振周波数の変化によって周波数変調された加速電圧が、ディー電極４８とダミーディー電極５０との間の加速ギャップ５２に発生する。イオン発生器６４から供給されたイオンは加速ギャップで加速され、上下方向の磁場によって偏向し、イオン通過領域を周回する。

　イオンは、空胴上壁４８Ａと空胴下壁４８Ｂとの間に挟まれた末広がり空胴空間を弧を描いて通過し、左側の加速ギャップ５２を通って、ダミーディー電極５０の左側をくぐり抜ける。イオンは、さらに、ダミーディー電極５０よりも手前側を弧を描いて通過し、ダミーディー電極５０の右側をくぐり抜け、右側の加速ギャップ５２を通って空胴上壁４８Ａと空胴下壁４８Ｂとの間に挟まれた末広がり空胴空間に戻る。イオンは、このような軌道を軌道半径を大きくしながら周回し、後述する電場および磁場の作用によって外側に反れて、ビーム用貫通口３０に設けられた高エネルギービーム輸送系３２を通って偏心軌道型加速器１の外側に至る。

　イオンは図２に破線で示されている最大エネルギー軌道５４に近付くように軌道半径を大きくしながら周回する。最大エネルギー軌道５４は、最大のエネルギーを有するに至ったイオンの軌道である。偏心軌道型加速器１には、四極磁場や六極以上の多極磁場を励磁する２か所に設けられたキック磁場発生用シム４４、および高周波電圧が印加される擾乱用電極４６が設けられている。

　また、擾乱用電極４６の外側には、取り出し用セプタム電磁石４２が設けられている。キック磁場発生用シム４４、擾乱用電極４６および取り出し用セプタム電磁石４２は、荷電粒子ビームを偏心軌道型加速器１から外側に取り出すために用いられる。

　擾乱用電極４６に高周波電圧が印加されることで、擾乱用電極４６からは擾乱用電場が発せられる。擾乱用電場は、周回中のイオンを軌道面に沿う方向にキックし、設計軌道からイオンを外れさせる。その軌道が設計軌道から外れたイオンはキック磁場発生用シム４４の近くを通過する。キック磁場発生用シム４４による磁場は、周回するイオンに対して安定領域を制限し、安定領域外に出たイオンを取り出し用セプタム電磁石４２に導入する。取り出し用セプタム電磁石４２に導入されたイオンは、高エネルギービーム輸送系３２を通って偏心軌道型加速器１の外側に取り出される。

　偏心軌道型加速器１には、円柱状空間の中心軸から離れた位置に、ターゲット２０を備えるイオン発生器６４が設けられている。したがって、円柱状空間の中心軸から離れた位置にイオン入射点１８が位置する。イオン入射点１８の位置、すなわちターゲット２０の位置は、ある一定のエネルギーを有するイオンの軌道の中心から離れた位置となる。

　これによって、異なるエネルギーのイオンが周回する複数のビーム周回軌道が、円柱状空間の中心軸よりも取り出し用セプタム電磁石４２の側で密になる。そのため、取り出し用セプタム電磁石４２付近において、エネルギーの異なるイオンをビーム周回軌道から離脱させることが容易となり、エネルギーの異なる荷電粒子ビームが効率よく取得される。

　図５には、イオン発生器６４の斜視図が示されている。また、図６には、図５に示されるＢＢ線でイオン発生器６４を切断した際の断面図が示されている。イオン発生器６４は、ターゲット２０、筐体６６、および集光レンズ７１を備えている。筐体６６は導体で形成されており、直方体の箱形形状を有している。筐体６６はターゲット２０を収容し、筐体６６の内部にはターゲット２０が配置されている。筐体６６の上面には光学真空窓６８が設けられている。光学真空窓６８はレーザ光を透過する材料で形成されている。筐体６６の側面にはイオン引き出し穴７０が設けられている。光学真空窓６８とターゲット２０との間には集光レンズ７１が配置されている。

　図７には、イオン発生器６４が設けられる位置が示されている。イオン発生器６４は、光学真空窓６８が上側に向けられ、イオン引き出し穴７０が末広がり空胴空間側に向けられた姿勢で、ダミーディー電極５０の折れ曲がった部位とディー電極４８との間に配置されている。なお、イオンが加速され得る領域にイオンが供給されるという条件の下、イオン引き出し穴７０の向きは、いずれの方向に向いていてもよい。

　図６に戻ってイオン発生器６４の動作が説明される。レーザ光１６は、筐体６６に設けられた光学真空窓６８を通じて、筐体６６内のターゲット２０へ入射される。ディー電極４８と筐体６６との間には交流電源２５が接続されている。交流電源２５は、図２に示された加速高周波電源２６であってもよいし、加速高周波電源２６とは別に設けられたものであってもよい。

　筐体６６内に入射したレーザ光１６は、集光レンズ７１によってターゲット２０へと集光される。集光レンズ７１は、放物面鏡や軸外し放物面鏡であってもよい。また、レーザ光１６の取り回しのため、ミラー等の光学機器が設置されてもよい。

　集光されたレーザ光１６がターゲット２０を構成する原子を電離させるのに十分な強度である場合、プラズマ７２が発生する。集光強度は、１０８Ｗ／ｃｍ^２以上１０１４Ｗ／ｃｍ^２以下であってよい。必要なイオンの電荷量に応じて集光強度が変更されてよい。ターゲット２０を形成する物質は、発生させるイオンの種類に応じて変更されてもよい。ターゲット２０の物質は、固体、液体、気体のいずれであってもよい。ターゲット２０が液体および気体の場合は、体積を変更することでイオンの電荷量が変更され得る。

　また、異なる物質による複数のターゲットが筐体６６内に設けられてもよい。この場合、複数のターゲットから発せられた、質量または価数が異なる複数種のイオンが偏心軌道型加速器１によって加速されてよい。また、レーザ光１６の照射時間を変更することで、発生するイオンの価数が切り替えられてもよい。

　交流電源２５によって、筐体６６とディー電極４８との間に高周波電場が発生する。筐体６６とディー電極４８との間に発生する高周波電場によって、プラズマ７２からイオン７４が分離され、イオン引き出し穴７０を通じてイオン７４が引き出される。なお、イオン７４は、高周波電場の代わりに静電場を用いて引き出されてもよい。その場合は、筐体６６とディー電極４８との間に直流電源が接続され、筐体６６とディー電極４８との間に直流電圧が印加される。

　レーザ光１６がパルス波形状にイオン発生器６４に向けて照射される場合には、イオンの電荷量およびビーム時間幅は、例えば、レーザ光１６をパルス波形状に発生する際の周波数やパルス幅を制御することで制御される。ここで、ビーム時間幅は、偏心軌道型加速器１から荷電粒子ビームが取り出される持続時間として定義される。また、イオンの電荷量とビーム時間幅は、高周波電場の位相とイオン発生のタイミングとを調整することでも制御され得る。このような制御によって、任意のタイミングで任意の電荷量とビーム時間幅をもつ荷電粒子ビームが偏心軌道型加速器１から取り出される。

　なお、上記では、１つのレーザ源１２を備える偏心軌道型加速器１が示されたが、１つのターゲットにレーザ光を照射する複数のレーザ源が備えられてもよい。この場合、複数のレーザ源のそれぞれに対して個別にレーザ入射用貫通孔が設けられてもよい。複数のレーザ源が用いられることで、ターゲットに対する集光強度が高まる。

　本実施形態に係る偏心軌道型加速器１では、イオン入射点１８にターゲット２０が設けられ、ターゲット２０にレーザ光が照射されることで、イオン入射点１８にイオンが供給される。したがって、容器に設けられた貫通孔にイオンを通過させる従来技術のように、加速器内にイオンが供給される前に、貫通孔の内壁にイオンが衝突してイオンが消失してしまうことが回避される。

　図８および図９には、第２実施形態に係る偏心軌道型加速器２が示されている。図８には、上下に分割された偏心軌道型加速器２の下側の部分を上方から見た図が示されている。図９には、偏心軌道型加速器２を図８のＣＣ線の位置で切断したときの断面図が示されている。

　本実施形態に係る偏心軌道型加速器２は、図１～図３に示された偏心軌道型加速器２に対し、レーザ源１２が容器１０の側面に設けられた点が異なっている。図９に示されているように、レーザ入射用貫通孔１４は、容器１０の側面のヨーク３６を横方向に貫通している。レーザ光１６は、レーザ入射用貫通孔１４を介して、偏心軌道型加速器２の内部空間にあるイオン発生器６４に照射される。すなわち、レーザ光１６は、光学ミラー８０等の反射部材によって反射され、イオン発生器６４へと入射される。

　ここでは、レーザ源１２が容器１０の側面に設けられる構成が示されたが、レーザ源１２は、容器１０のどの表面に設置されてもよい。レーザ入射用貫通孔１４も、必ずしも天井部１０Ｕやヨーク３６の表面に対して直交する方向に延びていなくてもよい。また、レーザ光１６の光路は、光学レンズや光学ミラー等の任意の光学機器を用いて形成されてよい。レーザ光１６の光路は、レーザ源１２からイオン発生器６４に至る任意の光路であってよい。

　第２実施形態に係る偏心軌道型加速器２においても、第１実施形態と同様の原理によって、イオン入射点１８にイオンが供給される前に、貫通孔の壁面への衝突によってイオンが消失してしまうことが回避される。

　図１０には、本発明の応用実施形態に係る粒子線治療装置３が示されている。粒子線治療装置３は、第１実施形態または第２実施形態に係る偏心軌道型加速器（１，２）が用いられた装置である。

　図１０に示されているように、粒子線治療装置３は、荷電粒子ビームのエネルギーを、患部の体表からの深さに応じた値として患者１００に照射する。粒子線治療装置３は、偏心軌道型加速器４、ビーム輸送装置９０、照射装置９２、治療台１０１、照射制御部９４および加速器制御部９６を備えている。照射制御部９４および加速器制御部９６は、プログラムを実行することで以下に説明する処理を実行するプロセッサを含んでよい。

　偏心軌道型加速器４は、第１実施形態または第２実施形態に係る偏心軌道型加速器である。偏心軌道型加速器４は、荷電粒子ビームを形成するイオンを加速する。ビーム輸送装置９０は、偏心軌道型加速器４で加速された荷電粒子ビームを照射装置９２に輸送する。照射装置９２は、ビーム輸送装置９０によって輸送された荷電粒子ビームを治療台１０１に固定された患者１００内の患部に照射する。照射装置９２は患部の形状に合わせて荷電粒子ビームを成形し、成形された荷電粒子ビームを患部における各照射スポットに照射する。

　照射装置９２は線量モニタを備えており、各照射スポットごとに、照射線量を測定する。これによって得られた測定値を元に、照射制御部９４は各照射スポットへの要求線量を計算する。照射制御部９４は、各照射スポットへの要求線量を加速器制御部９６へ出力する。加速器制御部９６は、要求線量に基づいて、偏心軌道型加速器４における荷電粒子ビームのエネルギー、取り出しタイミング等を制御する。

　なお、粒子線治療装置３のビーム輸送装置９０は固定されたものに限られない。ビーム輸送装置９０は、回転ガントリと呼ばれる照射装置９２と共に患者１００の周りを回転可能とした輸送系であってもよい。また、照射装置９２は１つに限られず、複数設けられてもよい。さらには、粒子線治療装置３の形態は、ビーム輸送装置９０が設けられず、偏心軌道型加速器４から照射装置９２に対して荷電粒子ビームを直接輸送する形態であってもよい。

　１，２，４　偏心軌道型加速器、３　粒子線治療装置、１０　容器、１２　レーザ源、１４　レーザ入射用貫通孔、１６　レーザ光、１８　イオン入射点、２０　ターゲット、２２　高周波加速空胴、２４　可変コンデンサ、２５　交流電源、２６　加速高周波電源、２８　導線用貫通口、３０　ビーム用貫通口、３２　高エネルギービーム輸送系、３４　モータ、３６　ヨーク、３８　メインコイル、４０　真空引き用貫通口、４２　取り出し用セプタム電磁石、４４　キック磁場発生用シム、４６　擾乱用電極、４８　ディー電極、５２　加速ギャップ、５４　最大エネルギー軌道、５６　高周波系用貫通口、６０　クライオスタット、６１　イオン通過領域、６２Ｕ，６２Ｌ　磁極、６４　イオン発生器、６６　筐体、６８　光学真空窓、７１　集光レンズ、７２　プラズマ、７４　イオン、８０　光学ミラー、９０　ビーム輸送装置、９２　照射装置、９４　照射制御部、９６　加速器制御部、１００　患者、１０１　治療台。

Claims

　レーザ源と、
　前記レーザ源から発せられたレーザ光が照射されることで、イオンを発するターゲットと、を備え、
　前記ターゲットから発せられたイオンを加速することを特徴とする加速器。
　請求項１に記載の加速器において、
　前記イオンを加速する加速電極構造と、
　前記イオンが通過するイオン通過領域に磁場を発生するコイルと、を備え、
　前記ターゲットは、ある一定のエネルギーを有する前記イオンの軌道の中心から離れた位置に設けられていることを特徴とする加速器。
　請求項２に記載の加速器において、
　前記イオン通過領域を内部に有する容器と、
　前記容器の外側から前記容器の内部空間に至るレーザ入射用貫通孔と、を備え、
　前記レーザ源は、前記レーザ入射用貫通孔を介して、前記ターゲットにレーザ光を照射することを特徴とする加速器。
　請求項１に記載の加速器において、
　円柱状空間を内部に形成する容器と、
　前記イオンを前記円柱状空間の周方向に加速する加速電極構造と、
　前記円柱状空間の軸方向に磁場を発生させるコイルと、を備え、
　前記ターゲットは、前記円柱状空間の中心軸から離れた位置に配置されていることを特徴とする加速器。
　請求項４に記載の加速器において、
　前記容器の外側から前記容器の内部空間に至るレーザ入射用貫通孔を有し、
　前記レーザ源は、前記レーザ入射用貫通孔を介して、前記ターゲットにレーザ光を照射することを特徴とする加速器。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の加速器において、
　前記加速電極構造は、
　末広がり空胴空間を形成するディー電極であって、前記末広がり空胴空間が広がる元の側から見て異なる２方向に広がるディー電極開口を有するディー電極と、
　前記ディー電極開口の縁に対向する環状の導体を有するダミーディー電極と、を備え、
　前記ターゲットは、前記ディー電極と、前記ダミーディー電極との間に配置されていることを特徴とする加速器。
　請求項６に記載の加速器において、
　導体で形成され前記ターゲットを収容する筐体であって、前記ディー電極と前記ダミーディー電極との間に配置された筐体と、
　前記筐体と前記ディー電極との間に電場を発生させる電源とを備え、
　前記筐体は、
　前記レーザ光が入射する窓と、前記イオンが引き出されるイオン引き出し穴と、を有することを特徴とする加速器。
　請求項１に記載の加速器において、
　異なる物質による複数の前記ターゲットを備え、
　複数の前記ターゲットから発せられた、質量または価数が異なる複数種のイオンを加速することを特徴とする加速器。
　請求項１に記載の加速器と、
　前記加速器から取り出された前記イオンを輸送するビーム輸送装置と、
　前記ビーム輸送装置によって輸送された前記イオンを患者に照射する照射装置と、
　を備えることを特徴とする粒子線治療装置。