[发明专利]离子加速装置和医疗用装置

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及对离子束进行加速的离子加速装置以及使用其的医疗用装置。

背景技术

一般来说，离子加速装置会利用于物理实验以及癌症治疗装置等中。在以下的背景技术中，对将离子加速装置使用在癌症治疗装置中的例子进行说明。在癌症治疗中，使用了阳子线、重粒子线。该重粒子线的碳离子是主流。该碳离子由离子源生成，由多个加速器加速，照射到患者的患部（例如，参照专利文献1～3）。

离子加速装置主要包括离子源、线性加速器（高频四重极型线性加速器（Radio Frequency Quadrupole，以下称为RFQ）和漂移管型线性加速器（Drift Tube Linac，以下称为DTL））、束输送系统、以及同步加速器。

在面向以往的癌症治疗的离子加速装置中，在电子回旋加速器共振（Electron Cyclotron Resonance，以下称为ECR）离子源生成碳4价离子。该生成的碳4价离子由线性加速器加速为几MeV／u，由荷电变换装置荷电变换为碳6价离子（C^6＋）。该碳6价离子（C^6＋）入射到同步加速器，由该同步加速器加速。

本来即使是线性加速器，也只要使用碳6价离子（C^6＋），加速效率就良好，但在以往型的ECR离子源中，无法确保治疗需要的碳6价离子（C^6＋）的电流量。因此，在以往型的ECR离子源中，使用碳4价离子（C^4＋）。

来自ECR离子源的离子束是直流束，在抽出的最大电流值有上限（现状为数百μA）。因此，为了向同步加速器入射，采用被称为多转入射的方式，确保了癌症治疗所需的离子数。

然而，在向同步加速器的入射方法中，有单转入射方法和多转入射方法。前者的单转入射方法是以1次的入射进行必要的离子数的方法。后者的多转入射方法是，在无法以1次的入射得到需要的离子数的情况下多个绕转入射而确保离子数的方法。

但是，在超过绕转时间（约2μsec）而入射束的情况下，有无法通过与1绕转而来的离子束相同的轨道的问题。由此，使用凸轨电磁铁（bump magnet）错开同步加速器的束绕转轨道，并呈时间性变化，由此能进行多次的入射。

此外，在现在国内普及的加速器系统中，由于在荷电变换装置从碳4价离子（C^4＋）变换为碳6价离子（C^6＋）时的最佳能量为4MeV／u，所以在线性加速器的加速能量是固定的。

另一方面，虽然是短脉冲（～数μsec），但是作为抽出大电流的离子源，可举出激光离子源。该激光离子源将激光聚光照射到靶上，通过激光的能量使靶元素蒸发，使其离子化，由此生成等离子体。是使包含在该等离子体中的离子保持等离子体原样地输送，在抽出时加速，由此作出离子束的装置（例如，参照专利文献4）。

激光离子源通过对靶照射激光，从而能使离子生成，对使大电流多价离子生成是有利的。得到了在激光离子源生成的碳6价离子（C^6＋）与激光照射定时相一致地是μsec量级的脉冲宽度，峰电流也是mA量级的结果。其结果是，相当于能以1个脉冲提供癌症治疗装置的同步加速器所需的电流值的离子数。

参照图7对以往的离子加速装置进行说明。

如图7所示那样，在离子源1生成的离子一边在低能量束输送系统（Low Energy Beam Transport，以下称为LEBT系统设备）2调整束特性，一边输送到在其下游侧设置的线性加速器即RFQ3、DTL4。在离子源1，已知有在气体中引起放电而得到离子的方法。作为引起放电的方法，利用了微波或电子束。

一般来说，在癌症治疗用加速器所使用的是ECR离子源。该ECR离子源是将气体电离而生成等离子体，利用电场而抽出离子的方式，其抽出电流是直流。ECR离子源虽然能生成多价离子，但价数高的离子的电流量小。为此，ECR离子源为了确保癌症治疗所需的离子电流量，而生成碳4价离子（C^4＋），在RFQ3、DTL4进行加速。

在DTL4射出的离子在荷电变换装置5从碳4价离子（C^4＋）变换为碳6价离子（C^6＋），经由中间能量束输送系统（Middle Energy Beam Transport，以下称为MEBT系统设备）6输送到同步加速器7。